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Die Erfindung betrifft eine Luftdesinfektionsvorrichtung mit einer Luftdesinfektionskammer, welche wenigstens eine druckverlustfreie Desinfektionseinheit zur Luftdesinfektion aufweist, und eine Luftdesinfektionskammer zum Nachrüsten an einem Konvektionsheizkörper.
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Luftdesinfektionsvorrichtungen werden sowohl Zuhause als auch am Arbeitsplatz immer beliebter, da in der Luft enthaltene Bakterien und Viren die Gesundheit beeinträchtigen und zu Erkrankungen oder Beschwerden führen können. Bei Aufenthalten in Innenräumen, insbesondere in der kalten Jahreszeit, führen aerogene Krankheitserreger, wie beispielsweise Influenzaviren, regelmäßig zu krankheitsbedingten Ausfällen.
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Um die Keimbelastung in Innenräumen zu reduzieren, werden häufig UV-Lampen eingesetzt. UV-Lampen sind Lampen, welche ultraviolettes (UV) Licht aussenden. UV-Licht hat eine kurze Wellenlänge und ist hochenergetisch. Dadurch ist es in der Lage, Wasser, Luft oder auch Oberflächen zu reinigen sowie Krankheitserreger zu inaktivieren.
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Neben einfachen UV-Lampen, welche lediglich die zufällig an ihnen vorbeiströmenden Luft desinfizieren, sind auch eine Reihe von Geräten bekannt, welche separate Luftströmungsvorrichtungen, also Vorrichtungen welche den Luftstrom generieren, aufweisen.
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In der
US009919252B2 wird eine Vorrichtung zur Luftreinigung beschrieben, welche den für die Reinigung notwendigen Luftstrom durch einen abnehmbaren Lüfter erzeugt. Die beschriebenen Luftreinigungstechniken sind nicht nur zur Entfernung von Grobstaub, sondern durchaus auch zur Luftdesinfektion geeignet. Es handelt sich um ein Standgerät, welches frei im Raum positioniert werden kann. Nachteilig benötigt das Gerät, welches durch den Lüfter einen hohen Stromverbrauch aufweist und nicht lautlos arbeitet, zusätzliche Standfläche im Raum. Die durch das Gerät erzeugte Raumluftströmung wird in der Patentschrift beschrieben. Nachteilig würde während der Heizperiode ein im selben Raum arbeitender Konvektionsheizkörper eine zusätzliche Luftströmung induzieren, sodass aufgrund von Luftrückvermischung die theoretisch mögliche Reinigungsleistung der Vorrichtung nicht erreicht werden kann. Standgeräte dieser Art arbeiten in Räumen mit Konvektionsheizungen ineffizient.
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In der
US2016/0310627 A1 wird eine Vorrichtung zur Luftreinigung beschrieben, bei der die Luft durch eine Eingangsöffnung einströmt, aufgrund thermischer Konvektion nach oben strömt und dann in einer oberhalb der Eintrittsöffnung angeordneten Auslassöffnung wieder ausströmt. Die thermische Konvektion wird hier durch elektromagnetische Strahlung verursacht. Ein Bewegungssensor kann die der Desinfektion dienende UV-Strahlung abschalten, um Personen vor der gefährlichen Strahlung zu schützen. Nachteilig ist es hier notwendig, ein zusätzliches Gerät im Raum aufzustellen. Da die thermische Konvektion durch die UV-Lampe erzeugt wird, benötigt die zur sinnvollen Raumluftdesinfektion notwendige mehrfache stündliche Luftumwälzung eine sehr große Beleuchtungs-Abwärme. In Deutschland wird typischerweise eine Innenraum-Heizleistung von etwa 30 W/m
2 (Gebäude ab Baujahr 2002) bis maximal 100 W/m
2 (sanierter Altbau) angenommen. Um die gleiche Lufttransportleistung wie ein herkömmlicher Konvektionsheizkörper zu erreichen, müsste für obige Anlage in einem 40 m
2-Raum eine Lampen-Nennleistung von 1,2 kW bis 4,0 kW verbaut werden. Das entspricht 80 bis 267 Stück UV-C-Quecksilberdampflampen mit G13-Sockel in 44 cm Länge. Das ist nachteilig sowohl bezüglich der Investitionskosten als auch der Energiekosten sehr teuer. Wenn das Gerät aufgrund des Personenschutz-Bewegungssensors lediglich dann arbeitet, wenn niemand im Raum ist, ist diese Heizleistung zudem weitestgehend nutzlos. Weiterhin kann nicht ausgeschlossen werden, dass bei einer so großen Lampenleistung selbst ozonfreie UV-Quecksilberdampflampen noch einen gewissen Strahlungsanteil unterhalb 200 nm emittieren und dadurch gesundheitsgefährdendes Ozon erzeugen. Diese Nachteile gelten auch für alle anderen Lösungen, bei denen die Beleuchtungsabwärme einer UV-Lichtquelle zur Erzeugung einer Luftkonvektion genutzt wird.
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Eine Vorrichtung für eine Hängedeckeninstallation, welche dazu dient Luft zu reinigen und die Temperatur der Luft zu beeinflussen, also die Luft zu kühlen oder zu heizen wird in der
WO 2012068569 A1 offenbart. Dabei werden ein aktiver Antrieb und auch eine passive Variante unter Ausnutzung natürlicher Konvektion beschrieben, um die Luftbewegung hervorzurufen. Die UV-Lampe als Reinigungstechnologie soll die Luft reinigen, aber vor allem Biofilmbildung im Inneren der Klimaanlage verhindern. Daher muss sie hier integraler Teil des Gesamtgerätes sein. Auch diese Vorrichtung arbeitet bei Nutzung der natürlichen Konvektion sehr ineffizient bei aktivem Antrieb ist sie außerdem nicht lautlos.
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Eine Luftreinigungswand, welche von unten nach oben mit Luft durchströmt wird, ist in der
DE 60 2004 013 349 T2 beschrieben. Die Reinigung der Luft von organischen Schadstoffen erfolgt photokatalytisch an einem inneren metallischen Geflecht, welches durch mehrere UV-Lampen angeregt wird. Der Luftstrom wird entweder durch Ventilatoren oder durch die Erhöhung der Temperatur mittels der Beleuchtungsvorrichtung induziert Wird die Luft aktiv mit Ventilatoren bewegt, bedeutet das einen zusätzlichen konstruktiven und energetischen Aufwand, außerdem ist der Lufttransport dann nicht lautlos. Wird die Luft konvektiv über die Beleuchtungsabwärme bewegt, müssen die Lampen wie in
US2016/0310627 A1 auch sehr viel stärker dimensioniert werden, als für die reine Photokatalyse-Leistung notwendig. Das bedeutet hohe Energie- und Investitionskosten.
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Weitere Vorrichtungen zur Luftdesinfektion mit Hilfe von UV-Licht werden in der
US 8746929 B2 und in der
US 8124012 B2 offenbart. Dabei wird jeweils die Abwärme von Beleuchtungseinrichtungen für einen Kamineffekt genutzt, um die Luft mittels Photokatalyse zu reinigen.
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Beide Vorrichtungen haben den Nachteil, dass die zur sinnvollen Raumluftdesinfektion notwendige mehrfache stündliche Luftumwälzung eine sehr große Beleuchtungs-Abwärme benötigt, welche die notwendige Lichtleistung der Beleuchtungsgeräte bei weitem übersteigt. Daher müsste entweder die Raumbeleuchtung unangenehm hell sein, oder die Luftkonvektion wäre ineffizient.
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Aufgabe ist es daher, eine einfach zu installierende Vorrichtung zur Luftdesinfektion in Innenräumen bereitzustellen, welche wenig Platz benötigt und auch in Räumen mit Konvektionsheizung optimal funktioniert.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Luftdesinfektionsvorrichtung sowie eine Luftdesinfektionskammer und eine Verwendung einer Luftdesinfektionskammer gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Luftdesinfektionsvorrichtung aus einem Konvektionsheizkörper und einer Luftdesinfektionskammer, wobei die Luftdesinfektionskammer wenigstens eine druckverlustfreie Desinfektionseinheit zur Luftdesinfektion aufweist und wobei die Luftdesinfektionskammer derart oberhalb oder unterhalb des Konvektionsheizkörpers angeordnet und an dem Konvektionsheizkörper befestigt ist, dass der Luftstrom durch die Luftdesinfektionskammer auf der Konvektionswirkung des Konvektionsheizkörpers basiert. Die Luft, welche den Konvektionsheizkörper aufgrund der Konvektion von unten nach oben durchströmt, strömt also auch durch die Luftdesinfektionskammer.
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Durch den Wärmeübergang auf die Luft im Konvektionsheizkörper wird also der Luftstrom hervorgerufen. Als Konvektion oder Strömungstransport wird im Sinne der Erfindung der Transport von Wärme in Luft bezeichnet. Ursächlich dafür ist ein infolge von Temperaturunterschieden auftretender statischer Auftrieb, was auch als thermische Konvektion oder natürliche Konvektion oder Wärmeströmung bezeichnet wird.
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Im Gegensatz zu Strahlungsheizkörpern erwärmen Konvektionsheizkörper einen Raum zu einem großen Anteil über Konvektionswärme, welche über Luftströmung im Raum verteilt wird. Nur ein vergleichsweise kleiner Teil der Wärme wird über direkte Wärmestrahlung abgegeben.
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Im Sinne der Erfindung wird jedes Heizgerät als Konvektionsheizkörper bezeichnet, bei dem die Erwärmung eines Raumes zu einem Anteil von wenigstens 40 %, bevorzugt wenigstens 50 %, besonders bevorzugt wenigstens 65 %, über Konvektion erfolgt.
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Eine mögliche Ausgestaltung von Konvektionsheizkörpern sieht dabei vor, dass diese zur Verbesserung des Wärmeübergangs im Niedrigtemperaturbereich eine Gebläseeinrichtung aufweisen, wobei ohne zugeschaltete Gebläseeinrichtung diese Bedingung erfüllt wird, die Erwärmung des Raumes also zu einem Anteil von wenigstens 40 %, bevorzugt wenigstens 50 %, besonders bevorzugt wenigstens 65 %, über Konvektion erfolgt Nicht als Konvektionsheizkörper im Sinne der Erfindung gelten jedoch Heizgeräte, die durch eine zentrale Gebäudelüftungsanlage mit Luftströmung versorgt werden, insbesondere keine Heizgeräte, welche zwingend eine zentrale Luftversorgung, welche nicht an einem einzelnen Heizkörper, sondern zentral im Raum oder Gebäude, angeordnet ist, benötigen.
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Eine bevorzugte Ausführungsform von Konvektionsheizkörpern sieht vor, dass die Konvektionsheizkörper keine Gebläseeinrichtungen oder Lüfter oder sonstige separate Vorrichtungen zur Erzeugung einer Luftströmung aufweisen. Konvektionsheizkörper im Sinne der Erfindung können Konvektoren, Plattenheizkörper, Rippenheizkörper oder Gliederheizkörper sein.
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Eine Kombination aus einem Heizkörper und einer Luftdesinfektionskammer ist besonders effizient und wirtschaftlich. Das liegt daran, dass insbesondere in der kalten Jahreszeit, also in der Heizperiode, eine hohe Gefährdung für eine Übertragung von bestimmten aerogenen Krankheitserregern vorliegt. Diese Saisonalität wird dadurch bedingt, dass sich Menschen in der kalten Jahreszeit häufiger in Innenräumen aufhalten, in denen aufgrund des austauscharmen Luftvolumens eine hohe Ansteckungswahrscheinlichkeit besteht. Zusätzlich werden Innenräume in der kalten Jahreszeit beheizt, wodurch die relative Luftfeuchte sinkt. Geringe Luftfeuchte führt zu weiteren ansteckungsrelevanten Effekten:
- • Reizung der Atemwege, welche dadurch empfindlicher gegenüber Krankheitserregern sind.
- • Schnelles Austrocknen mikroskopischer Atemtrakt-Tröpfchen und Bildung von dauerhaft schwebfähigem Aerosol.
- • Besonders langanhaltende Infektiösität von bestimmten Krankheitserregern, welche insbesondere bei geringer Luftfeuchte kaum natürlicher Deaktivierung unterworfen sind. [1-5].
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Eine Luftdesinfektion zum Zweck der Keimreduzierung ist daher vor allem während der Heizperiode sinnvoll.
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Soll der Lufttransport eines Konvektionsheizkörpers für Luftdesinfektion mitbenutzt werden, muss der äußerst geringe treibende Druck eines Konvektionsheizkörpers beachtet werden. Die Luftdesinfektionsmethoden müssen daher weitestgehend druckverlustfrei arbeiten. Eine druckverlustfreie Desinfektionseinheit ist im Sinne der Erfindung eine Desinfektionseinheit, welche die Keimbelastung in der durchströmenden Luft wesentlich, also zu wenigstens 70 %, bevorzugt zu wenigstens 80 %, reduziert und gleichzeitig unter Arbeitsbedingungen einen unwesentlichen Druckverlust von maximal 20 Pa, bevorzugt maximal 5 Pa, besonders bevorzugt maximal 2 Pa, verursacht. Die druckverlustfreie Desinfektionseinheit arbeitet somit weitestgehend druckverlustfrei. Mögliche einsetzbare Methoden sind UV-Bestrahlung, Fotokatalyse, Plasma, elektrostatische Agglomeration, IR-Bestrahlung, Zugabe von Sauerstoff-Radikalen und druckfreie Adsorber-Methoden wie sie bereits zur Luftdesinfektion verwendet werden.
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Eine mögliche Ausgestaltung der Luftdesinfektionsvorrichtung sieht vor, dass die druckverlustfreie Desinfektionseinheit wenigstens eine UV-Lampe aufweist. Die druckverlustfreie Desinfektionseinheit ist optional als Photokatalyseeinheit und/ oder als Agglomerationseinheit ausgebildet.
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Optional werden unterschiedliche Methoden zur Desinfektion miteinander kombiniert, um die desinfizierende Wirkung zu erhöhen. So kann insbesondere wenigstens eine UV-Lampe mit einer Agglomerationseinheit oder eine Photokatalyseeinheit kombiniert werden.
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Die wenigstens eine UV-Lampe ist bevorzugt als ozonfreie Lichtquelle ausgebildet. Eine ozonfreie Lichtquelle ist im Sinne der Erfindung eine Lichtquelle, welche keine Strahlung unterhalb von 200 nm emittiert.
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Eine Agglomerationseinheit ist eine Anordnung, welche zu einer Vergrößerung von in der Luft schwebenden Partikeln führt und dadurch die Abtrennung bzw. Deaktivierung von Aerosolen bewirken kann. Dabei kommt insbesondere elektrostatische Agglomeration zum Einsatz.
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Eine Photokatalyseeinheit verwendet mit photokatalytisch aktiven Material beschichtete Oberflächen, welche unter Bestrahlung mit Licht antimikrobiell wirken. Als photokatalytisch aktives Material können insbesondere Partikel aus Titandioxid verwendet werden. An der Oberfläche vorbeiströmende Luft wird desinfiziert.
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Eine mögliche Variante sieht vor, dass 2 oder 3 oder mehr UV-Lampen zur Luftdesinfektion innerhalb der Luftdesinfektionskammer angeordnet sind. Eine geeignete Variante sieht eine Gesamtleistung der UV-Lampen von maximal 300 W, bevorzugt maximal 150 W, besonders bevorzugt maximal 90 W vor.
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Bevorzugt ist am unteren Ende der Luftdesinfektionskammer oder seitlich der Luftdesinfektionskammer wenigstens eine Lufteinströmöffnung angeordnet. An der Lufteinströmöffnung sind bevorzugt lichtabsorbierende Lamellen derart angeordnet und ausgebildet, dass ein Entweichen von durch eine UV-Lampe erzeugter ultravioletter Strahlung aus der Luftdesinfektionskammer verhindert wird. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die lichtabsorbierenden Lamellen beabstandet zueinander und horizontal überlappend ausgebildet. Dadurch kann durch die UV-Lampe vertikal ausgesandte elektromagnetische Strahlung nicht nach unten entweichen. Trotzdem kann Luft durch die zwischen den Lamellen angeordneten Zwischenräume strömen. Solche Lamellen können auch zum Schutz vor elektromagnetischer Strahlung anderer Wellenlängen eingesetzt werden, so schützen sie auch bei dem Einsatz von infraroter oder sichtbarer elektromagnetischer Strahlung.
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Eine geeignete Variante der Luftdesinfektionsvorrichtung sieht innerhalb der Luftdesinfektionskammer eine oberhalb der druckverlustfreien Desinfektionseinheit angeordnete Schutzabdeckung vor. Die Schutzabdeckung ist vorzugsweise als in horizontaler Richtung verlaufendes Schutzblech ausgebildet und ist in seinen Abmessungen größer ausgebildet als die Grundfläche der druckverlustfreien Desinfektionseinheit. Dadurch kann die druckverlustfreie Desinfektionseinheit und auch die sie umgebenden elektrischen Einrichtungen vor von oben tropfender Flüssigkeit geschützt werden. Außerdem gewährleistet eine solche Schutzabdeckung vorteilhaft auch einen Schutz vor sich nach oben ausbreitender elektromagnetischer, insbesondere ultravioletter, Strahlung.
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Vorzugsweise ist die Luftdesinfektionskammer reversibel an dem Konvektionsheizkörper befestigt. Eine Variante sieht dabei vor, dass die Luftdesinfektionskammer einen oder mehrere Magneten aufweist, mittels welchem oder welchen die Luftdesinfektionskammer am, in der Regel metallischen, Konvektionsheizkörper reversibel befestigbar ist.
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Eine alternative Befestigungsmöglichkeit sieht vor, dass die Luftdesinfektionskammer mittels einer Schraubverbindung an dem Konvektionsheizkörper befestigt ist. Es kann auch eine Kombination verschiedener Befestigungsmöglichkeiten genutzt werden.
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Nach einer möglichen Variante ist der Konvektionsheizkörper als Plattenheizkörper ausgebildet.
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Bevorzugt ist ein solcher Konvektionsheizkörper als Plattenheizkörper aus mehreren Platten, sogenannten Heizplatten, bevorzugt in Kombination mit speziellen Wellblechen, sogenannten Konvektionsblechen, bei denen sowohl die Heizplatten als auch die Konvektionsbleche durch das Heizungswasser durchströmt werden, ausgebildet. Die thermische Energie wird dabei an die zwischen den Heizplatten hindurchströmende Luft übertragen und zu einem großen Anteil über Konvektion im Raum verteilt.
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Bevorzugt ist der Plattenheizkörper aus zwei oder drei parallelen, mit Wasser durchströmten Heizplatten sowie zwischen den Heizplatten angeordneten Konvektionsblechen ausgebildet.
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Eine steigende Anzahl an Heizplatten und Konvektionsblechen führt zu einer Erhöhung der Wärmeübertragungsfläche, wodurch die Leistung des Plattenheizkörpers erhöht wird. Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht dabei zwei oder drei Heizplatten, mit dazwischen angeordneten Konvektionsblechen vor.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Luftdesinfektionskammer zur Verbindung mit einem Konvektionsheizkörper, welche Wände, die ein Gehäuse bilden, ferner eine am unteren Ende der Luftdesinfektionskammer oder seitlich der Luftdesinfektionskammer angeordnete Lufteinströmöffnung und eine am oberen Ende der Luftdesinfektionskammer angeordnete Luftausströmöffnung sowie eine druckverlustfreie Desinfektionseinheit zur Luftdesinfektion aufweist. Die druckverlustfreie Desinfektionseinheit, wie beispielsweise eine UV-Lampe, ist dabei innerhalb der Luftdesinfektionskammer angeordnet.
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Bei einer am unteren Ende, also an der Unterseite, der Luftdesinfektionskammer angeordneten Lufteinströmöffnung sind an den seitlichen Wänden der Luftdesinfektionskammer vorzugsweise keine Öffnungen angeordnet, insbesondere keine Öffnungen, durch welche der Luftstrom verändert würde. Bei einer seitlichen Lufteinströmöffnung sind an den anderen seitlichen Wänden sowie an der Unterseite bevorzugt keine Öffnungen, welche den Luftstrom verändern angeordnet.
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Optional sind mehrere Lufteinströmöffnungen an der Luftdesinfektionskammer angeordnet, wobei die Lufteinströmöffnungen nach einer möglichen Ausgestaltung an verschiedenen Wänden und/ oder auch an der Unterseite der Luftdesinfektionskammer angeordnet ist.
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Es ist am oberen oder am unteren Ende der Luftdesinfektionskammer ein Befestigungselement zur Befestigung der Luftdesinfektionskammer an einem Konvektionsheizkörper angeordnet. Erfindungsgemäß ist keine separate Vorrichtung zur Erzeugung einer Luftströmung an der Luftdesinfektionskammer notwendig.
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Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Luftdesinfektionskammer ist keine separate Vorrichtung zur Erzeugung einer Luftströmung an der Luftdesinfektionskammer angeordnet. Die Luftströmung in der Luftdesinfektionskammer wird dann also nur durch die Konvektion oder Luftströmung, welche durch den Konvektionsheizkörper induziert wird, hervorgerufen. Vorteilhaft wird die Luftströmung dabei ausschließlich durch den Konvektionsheizkörper hervorgerufen.
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Alternativ sind eine oder mehrere Vorrichtungen zur Erzeugung einer Luftströmung an der Luftdesinfektionskammer vorgesehen, wobei eine Luftdesinfektion auch ohne zugeschaltete Vorrichtung zur Erzeugung einer Luftströmung realisiert werden kann. Eine mögliche Ausgestaltung einer Vorrichtung zur Erzeugung einer Luftströmung ist hier eine Gebläseeinrichtung, welche an der Luftdesinfektionskammer angeordnet sein kann. Eine solche Gebläseeinrichtung kann den Wärmeübergang des Konvektionsheizkörpers verbessern.
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Die Luft strömt also im Betrieb von unten oder von der Seite in die Luftdesinfektionskammer und vorher oder nachher durch den Konvektionsheizkörper. Dabei ist eine seitliche Lufteinströmöffnung für eine Anordnung einer Luftdesinfektionskammer unterhalb des Konvektionsheizkörpers geeignet. Eine Luftdesinfektionskammer mit einer Lufteinströmöffnung am unteren Ende der Luftdesinfektionskammer, also an der Unterseite der Luftdesinfektionskammer, ist sowohl für eine Anordnung oberhalb als auch unterhalb eines Konvektionsheizkörpers geeignet.
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Die Luftdesinfektionskammer ist modular nachrüstbar und an einem bereits installierten Konvektionsheizkörper anbringbar. Vorteilhaft ist kein zusätzlicher Flächenbedarf für die Desinfektionskammer notwendig.
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Die Luftdesinfektionskammer ist grundsätzlich oberhalb oder unterhalb eines Konvektionsheizkörpers befestigbar. Relevant ist dabei, dass der durch den Konvektionsheizkörper erzeugte Luftstrom für den Transport der Luft durch die Luftdesinfektionskammer genutzt wird. Bevorzugt sind die Luftdesinfektionskammer und der Konvektionsheizkörper ohne Abstand voneinander angeordnet.
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Erfindungsgemäß ist kein separater Ventilator oder eine ähnliche zur Erzeugung einer Luftströmung geeignete Vorrichtung an der Luftdesinfektionskammer notwendig. Vorteilhaft ist die Luftdesinfektionskammer dadurch sehr kostengünstig herstellbar und benötigt für die Bewegung der Luft keine elektrische Leistung. Dadurch kann sie mit geringen Betriebskosten betrieben werden und der Lufttransport durch die Desinfektionskammer erfolgt lautlos.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Luftdesinfektionskammer einen Temperatursensor auf. Dieser ist bevorzugt mit einer Abschaltautomatk verbunden, sodass die druckverlustfreie Desinfektionseinheit nur dann mit Energie versorgt wird, wenn durch den Konvektionsheizkörper ein relevanter Konvektionsstrom erzeugt wird. Die Effizienz der Luftdesinfektionskammer ist dadurch besonders gut, da sich aerogene Krankheitserreger insbesondere während der Heizperiode schnell verbreiten. Bei geringen Außentemperaturen ist vorteilhaft die notwendige Leistung der Konvektionsheizkörper hoch, wodurch eine starke Luftumwälzung und folglich eine hohe Luftdesinfektionsleistung erreicht wird.
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Nach einer möglichen Ausgestaltung weist die druckverlustfreie Desinfektionskammer wenigstens eine UV-Lampe auf, welche bevorzugt als ozonfreie Lichtquelle ausgebildet ist.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Lufteinströmöffnung mittels eines Gitters aus beabstandeten, überlappenden, lichtabsorbierenden Lamellen verschlossen. Eine Variante sieht vor, dass auch die Luftaustrittsöffnung mittels eines Gitters aus beanstandeten, überlappenden, lichtabsorbierenden Lamellen verschlossen ist.
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Bevorzugte Ausgestaltungen der Luftdesinfektionskammer beziehen die Merkmale mit ein, welche im Zusammenhang mit der Luftdesinfektionsvorrichtung beschrieben wurden.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft die Verwendung einer erfindungsgemäßen Luftdesinfektionskammer an einem Konvektionsheizkörper. Dabei wird die durch den Konvektionsheizkörper erzeugte Luftströmung durch die Luftdesinfektionskammer geleitet und gereinigt. Das Leiten der Luft durch die Luftdesinfektionskammer erfolgt dabei dadurch, dass die Luftdesinfektionskammer in dem erzeugten Luftstrom angeordnet ist. Dafür wird die Luftdesinfektionskammer entweder oberhalb oder unterhalb des Konvektionsheizkörpers am Konvektionsheizkörper befestigt.
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An einem Plattenheizkörper Typ 33, welcher die Abmessungen 1800 x 600 x 160 mm aufweist, wurde unter Volllast, also bei maximal geöffnetem Ventil, eine Luftgeschwindigkeit von 0,21 m/s gemessen. Unter Berücksichtigung der Abmessungen, insbesondere des Querschnittes, des Plattenheizkörpers wird dabei ein Volumenstrom von etwa 220 m3/h erreicht. In einem Raum, welcher ein Volumen von 45 m3 aufweist, erfolgt somit eine 4,9-fache durchschnittliche Durchströmung der gesamten Raumluft durch den Heizkörper pro Stunde. Diese Beispielrechnung zeigt, dass der Konvektionsheizkörper eine Luftströmung erzeugt, welche geeignet ist, eine erhebliche Luftumwälzung zu generieren. Das ermöglicht eine effiziente Reinigung der Luft.
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Im Dauerbetrieb laufen Plattenheizkörper jedoch typischerweise unter Teillast. So wurden bei einem Plattenheizkörper Typ 33, welcher die Abmessungen 1800 x 600 x 160 mm aufweist, bei einer Thermostatregelung von 22 °C mittlere Luftgeschwindigkeiten von 0,16 m/s gemessen. Dies führt zu einem typischen Volumenstrom von etwa 162 m3/h. Dabei wird die Luft in einem 45 m3 großen Raum durchschnittlich ca. 3,6 mal pro Stunde durch den Heizkörper geleitet. Diese Messungen sind dabei Beispielmessungen, welche darlegen sollen, dass eine erhebliche Luftumwälzung durch die Konvektion der Konvektionsheizkörper erfolgt Die genaue Menge der umgesetzten Luft ist von der jeweiligen notwendigen Leistung des Konvektionsheizkörpers abhängig, jedoch kann davon ausgegangen werden, dass die Konvektionsleistung einer Heizung typischerweise gut auf die Raumgröße ausgelegt ist.
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Eine ozonfreie 44 cm lange G13-gesockelte UV-C-Quecksilberdampflampe mit 15 W Nennleistung emittiert etwa 5 W im UV-C Bereich. Wenn diese UV-Lampe an einen Plattenheizkörper Typ 33 montiert wird, beträgt am Wirkbereich-Durchmesser von 16 cm die spezifische Strahlungsleistung obiger Lampe 22,8W/m2. Unter Berücksichtigung einer Luftgeschwindigkeit von 0,21 m/s beträgt die Expositionszeit über dem Wirkbereich 0,76 Sekunden. Es kann somit bei einmaliger Exposition in 50%-iger Luftfeuchte eine Überlebensrate von aerogenen Influenzaviren von 0,92 % erreicht werden. [6]
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Es kann davon ausgegangen werden, dass bei einer so geringen Überlebensrate bereits 1-3 stündliche Luftdurchsätze zu einer signifikanten Verringerung der Keimbelastung führen und einer möglichen Ansteckungsgefahr durch Keime, wie beispielsweise Influenzaviren, effizient entgegenwirken. Beispielsweise könnte ein Erreger mit einer Reproduktionsrate von 1,5 theoretisch bereits eliminiert werden, wenn die Keimbelastung um mehr als ein Drittel verringert wird. Das kann bereits nach einem einfachen stündlichen Luftdurchsatz gewährleistet werden.
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Nach der Konzeption der Erfindung wird oberhalb oder unterhalb eines Konvektionsheizkörpers eine Luftdesinfektionskammer mit einer am unteren Ende der Luftdesinfektionskammer oder seitlich der Luftdesinfektionskammer angeordneten Lufteinströmöffnung und einer am oberen Ende oder seitlich der Luftdesinfektionskammer angeordneten Luftausströmöffnung angeordnet und an dem Konvektionsheizkörper befestigt. Diese Luftdesinfektionskammer weist wenigstens eine druckverlustfreie Desinfektionseinheit, beispielsweise eine UV-Lampe, zur Luftdesinfektion auf. Bemerkenswert ist dabei, dass an der Luftdesinfektionskammer kein separates Mittel zur Erzeugung der Luftströmung notwendig ist. Eine oder mehrere möglicherweise an der Luftdesinfektionskammer oder am Konvektionsheizkörper angeordnete separate Vorrichtungen zur Erzeugung einer Luftströmung können den Wärmeübergang am Heizkörper unterstützen oder verbessern, sind aber nicht notwendig. Eine Desinfektion kann auch gewährleistet werden ohne eine separate Vorrichtung zur Erzeugung einer Luftströmung zuzuschalten.
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Konzeptionsgemäß strömt Luft, welche den Konvektionsheizkörper aufgrund der Konvektion von unten nach oben durchströmt, auch durch die oberhalb oder unterhalb des Konvektionsheizkörpers angeordnete Luftdesinfektionskammer. Es wird ein Luftstrom aufgrund eines Dichteunterschiedes in der Luft erzeugt. Bei Konvektionsheizkörpern wird ein solcher Dichteunterschied durch eine Erwärmung der Luft hervorgerufen. Eine Erwärmung der Luft durch den Konvektionsheizkörper führt hier also zu einem Konvektionsluftstrom durch den Konvektionsheizkörper und die Luftdesinfektionskammer. Konzeptionsgemäß ist kein separates Element zur Erzeugung eines Luftstromes an der Luftdesinfektionskammer oder der Luftdesinfektionsvorrichtung notwendig. Dadurch muss vorteilhaft keine wesentliche zusätzliche Energie für die Bewegung der Luft bereitgestellt werden, sondern es wird die durch den Konvektionsheizkörper bewegte Luft passiv durch die Luftdesinfektionskammer geführt, sodass sie an einer UV-Lampe vorbeiströmt und dadurch gereinigt und desinfiziert wird.
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Die Luftdesinfektionskammer kann vorteilhaft nachträglich an Konvektionsheizkörpern installiert werden. Dadurch benötigt die kompakte Vorrichtung wenig zusätzlichen Platz, insbesondere keinen zusätzlichen Flächenverbrauch im Raum. Ferner ist die Luftdesinfektionskammer einfacher herzustellen, da keine separate Einheit zum Antreiben der Luft notwendig ist. Die erfindungsgemäße Luftdesinfektionskammer sowie die erfindungsgemäße Luftdesinfektionsvorrichtung sind vorteilhaft auch sehr energieeffizient, da die bereits vorhandenen durch den Konvektionsheizkörper erzeugte Luftströmung ausgenutzt wird. Die strömende Luft wird durch die Luftdesinfektionskammer geleitet, in der sie mittels einer druckverlustfreien Desinfektionseinheit desinfiziert wird.
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Des Weiteren sind keine beweglichen Teile zum Lufttransport notwendig, sodass der Lufttransport lautlos erfolgt. Vorteilhaft arbeitet die Luftdesinfektion während der Heizperiode, also genau dann, wenn aerogene Keime eine besonders hohe Gefährdung darstellen. Die Luftdesinfektion schaltet sich wiederum ab, sobald die Heizung abschaltet, zum Beispiel nachts. Sie arbeitet also lediglich, wenn der Raum benutzt wird, was die Energieeffizienz zusätzlich verbessert.
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Außerdem wird bereits vorhandene Heizluft-Strömung im Raum nicht gestört. Das stellt einen weiteren Vorteil dar, da zusätzliche Luftverwirbelung nicht nur die Heizwirkung beeinträchtigen, sondern im ungünstigsten Fall durch homogenere Keimverteilung im Raum die Krankheitsübertragung begünstigen würde.
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Es ist auch vorteilhaft nicht notwendig, eine zusätzliche Auslegung der Luftdesinfektionsanlage auf die Raumgröße durchzuführen, da die Konvektionsleistung von Heizungen bereits auf die Raumgröße angepasst und ausgelegt ist. Es kann vorteilhaft eine modulare Bauweise zur allgemeinen Nachrüstung an unterschiedlichen Konvektionsheizkörpern realisiert werden.
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Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern umfasst auch alle im Sinne der Erfindung gleich wirkenden Ausführungsformen. Ferner ist die Erfindung auch nicht auf die speziell beschriebenen Merkmalskombinationen beschränkt, sondern kann auch durch jede beliebige andere Kombination von bestimmten Merkmalen aller insgesamt offenbarten Einzelmerkmale definiert sein, sofern sich die Einzelmerkmale nicht gegenseitig ausschließen, oder eine spezifische Kombination von Einzelmerkmalen nicht explizit ausgeschlossen ist.
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Figurenliste
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Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen eingehender erläutert werden. Das Ausführungsbeispiel soll dabei die Erfindung beschreiben ohne diese zu beschränken.
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Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung näher erläutert. Dabei zeigen
- 1 einen Plattenheizkörper mit einer unterhalb angeordneten Luftdesinfektionskammer,
- 2 einen Plattenheizkörper mit einer oberhalb angeordneten Luftdesinfektionskammer und
- 3 ein Diagramm zur simulierten Viruslast im Raum nach 2 Stunden in Abhängigkeit der Anzahl der stündlichen Reinigungszyklen.
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1 zeigt einen Plattenheizkörper 1 mit einer Luftdesinfektionskammer 2, welche unterhalb des Plattenheizkörpers 1 angeordnet und mittels eines Befestigungselementes 3 mit dem Plattenheizkörper 1 verbunden ist. Das Befestigungselement 3 ist hier als Magnet 3 ausgebildet, welcher eine Kraftwirkung auf den metallischen Plattenheizkörper 1 ausübt. Luftdesinfektionskammer 2 ist eine UV-Lampe 4 angeordnet. Die durch den Plattenheizkörper 1 erzeugte Konvektion der Luft führt dazu, dass einströmende Luft 5 von unten in die Luftdesinfektionskammer 2 einströmt und nach einem Durchqueren des Plattenheizkörpers 1 oben aus dem Plattenheizkörper 1 gereinigt als ausströmende Luft 6 wieder ausströmt. Der Plattenheizkörper ist hier aus drei mit Wasser durchströmten Heizplatten 7 ausgebildet.
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Die Desinfektion der einströmenden Luft 5 erfolgt innerhalb der durch seitliche Wände 8 begrenzten Luftdesinfektionskammer2 durch die keimtötende Wirkung des durch die UV-Lampen 4 ausgesandten ultravioletten Lichtes. Die Luft 5,6 wird desinfiziert, während sie an der UV-Lampe 4 vorbeiströmt.
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Da ultraviolettes Licht aufgrund seiner hohen Energie schädigend auf die Haut als auch auf die Augen wirken kann, ist es notwendig konkrete Vorsichtsmaßnahmen zu treffen. Um die Umgebung, insbesondere Personen, vor Schäden durch austretende ultraviolette Strahlung zu schützen, ist oberhalb der UV-Lampe 4 ein Schutzblech 9 angeordnet. Das Schutzblech 9 gewährleistet einer von oben durch den Plattenheizkörper 1 hineinschauenden Person einen Sichtschutz, aber es dient auch dem Schutz der UV-Lampe 4 vor von oben herabfallenden Verunreinigungen, wie beispielsweise Flüssigkeiten. Weiterhin sind am unteren Ende der Luftdesinfektionskammer 2 lichtabsorbierende Lamellen 10 angeordnet, welche den Sichtschutz nach unten gewährleisten. Die lichtabsorbierenden Lamellen 10 sind dabei versetzt angeordnet, um einen Luftstrom durch die Zwischenräume der Lamellen 10 zu erlauben ohne ultraviolettes Licht nach unten aus der Luftdesinfektionskammer 2 entweichen zu lassen.
Zusätzlich sind sowohl das Schutzblech 9 als auch jegliche, innenliegende Oberflächen der Luftdesinfektionskammer 2 mit einer Beschichtung versehen, welche ultraviolettes Licht besonders gut absorbiert.
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Eine durch den Plattenheizkörper 1 hervorgerufene Luftströmung aufgrund von Konvektion erfolgt allerdings nur, wenn der Plattenheizkörper 1 warm ist und seine Heizfunktion erfüllt. Um bei einem kalten Plattenheizkörper 1 dafür zu sorgen, dass das Luftdesinfektionsgerät 2 ausgeschaltet ist, ist ein Regler 11 an der Luftdesinfektionskammer 2 angeordnet. Dieser Regler 11 ist bevorzugt mit einem Temperatursensor 12 verbunden. Auch der Temperatursensor 12 ist mittels eines Magneten an dem Plattenheizkörper 1 befestigt. Der Temperatursensor 12 ist mit dem Regler 11 verbunden, sodass die Luftdesinfektionskammer 2 ausgeschaltet wird, wenn der Plattenheizkörper 1 nicht mehr heizt und die Temperatur des Plattenheizkörpers 1 somit einen gewissen Wert unterschreitet.
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Am oberen Ende der Luftdesinfektionskammer 2 ist ein Kontaktsensor 13 angeordnet. Wenn das Luftdesinfektionsgerät 2 von dem Plattenheizkörper 1 gelöst wird und dies durch den Kontaktsensor 13 detektiert wird, so schaltet sich die Luftdesinfektionskammer 2 automatisch ab. Dies dient auch als Personenschutz bei Vandalismus.
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Aufgrund der Anordnung der Luftdesinfektionskammer 2 unterhalb eines Plattenheizkörpers 1 kann eine platzsparende, kompakte Ausgestaltung einer Vorrichtung zur Luftdesinfektion vorteilhaft nah an einer Wand 14 realisiert werden.
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2 zeigt eine Schnittdarstellung einer Kombination eines an einer Wand 14 befestigten Plattenheizkörpers 1 mit einer darüber montierten Luftdesinfektionskammer 2. Die Desinfektionskammer 2 ist mittels einer Schraubverbindung 3 an dem Plattenheizkörper 1 befestigt. Die einströmende Luft 5 wird aufgrund der Konvektion, welche durch den Plattenheizkörper hervorgerufen wird, von unten nach oben durch den Plattenheizkörper 1 transportiert, wonach die Luft von unten nach oben durch die Luftdesinfektionskammer 2 strömt und dabei die UV-Lampe 4 passiert. Die desinfizierende Wirkung des durch die UV-Lampe 4 ausgestrahlten Lichtes entkeimt die vorbeiströmenden Luft 5, 6, welche danach aus der Luftdesinfektionskammer 2 nach oben ausströmt. Auch diese Variante einer Luftdesinfektionskammer 2 weist einen Temperatursensor 12 auf, welcher mit einem Regler 11 verbunden ist, sodass das Luftdesinfektionsgerät 2 unterhalb einer bestimmten Temperatur automatisch ausgeschaltet ist. Mittels dieser automatischen Abschaltung kann vorteilhaft Energie eingespart werden, wenn der Plattenheizkörper 1 kalt ist und somit kein Luftstrom aufgrund von Konvektion erzeugt wird. Im Fall von Vandalismus dient die automatische Abschaltung weiterhin dem Personenschutz vor austretender UV-Strahlung.
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Zum Schutz vor UV-Licht, welches sowohl die Haut als auch das Auge schädigen kann, sind auch hier weitere Sicherheitsvorkehrungen vorgesehen. Es sind hier sowohl am oberen als auch am unteren Ende der Luftdesinfektionskammer 2 lichtabsorbierende Lamellen 10 angeordnet. Die lichtabsorbierenden Lamellen 10 sind derart versetzt angeordnet, dass kein ultraviolettes Licht entweichen und dennoch einströmende und ausströmende Luft 5, 6 die Lamellen passieren kann. Oberhalb der UV-Lampe 4 ist zusätzlich ein Schutzblech 9 angeordnet, welche die elektrischen Kontakte von oben abdeckt. Das Schutzblech 9 dient auch hier zusätzlich dem Schutz der UV-Lampe 4 sowie der elektrischen Kontakte vor von oben in das Luftdesinfektionsgerät 2 eintretende Flüssigkeit.
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3 zeigt die finale Viruslast in der Raumluft nach 2 Stunden in Prozent in Abhängigkeit der Desinfektionszyklen pro Stunde. Die Berechnung geht von einer perfekten Durchmischung und Homogenität der bilanzierten Volumina aus. Folgende Parameter werden berücksichtigt:
- • das Raumvolumen: 60 m2
- • die im Raum befindlichen Personen mit einer Atemleistung und Aerosol-Eintrag sowie - Austrag: 5 - davon eine Person infiziert mit einem aerogenem Virus, welches mit der Atemluft ausgeschieden wird
- • Atemvolumenstrom: 8 l/min
- • die Desinfektionszyklen der Filteranlage pro Stunde (Luftdurchsatz): 0-10
- • die Desinfektionseffizienz der Filteranlage gegen das aerogene Virus: 95%
- • die inhärente Deaktivierung des aerogenem Virus: Halbwertszeit 10 h
- • die initiale Viruslast im Raum: 0
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Aus 3 wird klar, dass eine Erhöhung der Desinfektionszyklen pro Zeiteinheit mit einer klaren Reduzierung der Viruslast einhergeht. Allerdings kann auch abgelesen werden, dass die meiste Wirkung bereits bei wenigen Desinfektionszyklen von 1-2 pro Stunde erzielt wird, da es sich nicht um eine lineare Abhängigkeit handelt. Nach einem ersten stündlichen Luftdurchsatz wird bereits eine 54-prozentige Reduktion der Keimbelastung erreicht, während im zweiten stündlichen Durchsatz nur eine weitere 19-prozentige Keimverringerung erreichbar ist. Der Effizienzverlust wird mit jedem weiteren Luftdurchsatz fortgesetzt, sodass der fünfte Luftdurchsatz nur noch 3 % der Gesamtkeimbelastung entfernt. Aus epidemiologischer Sicht ergeben sich somit sehr gute Gründe auch für kleine Luftdurchsätze, da es gerade in diesem Bereich zu einer deutlichen Verringerung der Keimbelastung kommt. Zum Beispiel kann theoretisch bei einer Basisreproduktionsrate von 1,5 eine Elimination des Krankheitserregers erreicht werden, wenn die Keimbelastung um über 1/3 verringert wird. Laut dem Modell kann das bereits ein einfacher stündlicher Reinigungszyklus leisten.
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Zitierte Nichtpatentliteratur:
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- [1] Paul Dabisch, Michael Schuit, Artemas Herzog, Katie Beck, Stewart Wood, Melissa Krause, David Miller, Wade Weaver, Denise Freeburger, Idris Hooper, Brian Green, Gregory Williams, Brian Holland, Jordan Bohannon, Victoria Wahl, Jason Yolitz, Michael Hevey & Shanna Ratnesar-Shumate: „The influence of temperature, humidity, and simulated sunlight on the infectivity of SARS-CoV-2 in aerosols“, AEROSOL SCIENCE AND TECHNOLOGY, 2021, Vol. 55, NO. 2, 142-153
- [2] Alyssa C. Fears, William B. Klimstra, Paul Duprex, Amy Hartman, Scott C. Weaver, Kenneth S. Plante, Divya Mirchandani, Jessica Ann Plante, Patricia V. Aguilar, Diana Fernändez, Aysegul Nalca, Allison Totura, David Dyer, Brian Kearney, Matthew Lackemeyer, J. Kyle Bohannon, Reed Johnson, Robert F. Garry, Doug S. Reed, Chad J. Roy: „Persistence of Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2 in Aerosol Suspensions, Emerging Infectious Diseases“, September 2020, Vol. 26, No. 9, 168-2171
- [3] M. K. IJAZ, A. H. BRUNNER, S. A. SATTAR, RAMA C. NAIR 1 AND C. M. JOHNSON-LUSSENBURG: „Survival Characteristics of Airborne Human Coronavirus“ 229E, J. gen. Virol., 1985, 66, 2743-2748
- [4] Oleg V. Pyankova, Sergey A. Bodneva, Olga G. Pyankovaa, Igor E. Agranovski „Survival of aerosolized coronavirus in the ambient air", Journal of Aerosol Science, 115, 2018, 158-163
- [5] Michael Schuit, Sierra Gardner, Stewart Wood, Kristin Bower, Greg Williams, Denise Freeburger, and Paul Dabisch: „The Influence of Simulated Sunlight on the Inactivation of Influenza Virus in Aerosols“, The Journal of Infectious Diseases, Volume 221, Issue 3, 1 February 2020, 372-378
- [6] James J. McDevitt, Stephen N. Rudnick, and Lewis J. Radonovich: Aerosol Susceptibility of Influenza Virus to UV-C Light, Applied and Environmental Microbiology, March 2012 Volume 78 Number 6, 1666-1669
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Konvektionsheizkörper, Plattenheizkörper
- 2
- Desinfektionskammer ich würde ich möchte noch mit einem
- 3
- Befestigungselement, Magnet, Schraubverbindung
- 4
- UV-Lampe
- 5
- Einströmende Luft
- 6
- Ausströmende Luft
- 7
- Heizplatten
- 8
- Seitliche Wände
- 9
- Schutzblech, Schutzabdeckung
- 10
- Lichtabsorbierende Lamellen
- 11
- Regler
- 12
- Temperatursensor
- 13
- Kontaktsensor
- 14
- Wand
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 009919252 B2 [0005]
- US 20160310627 A1 [0006, 0008]
- WO 2012068569 A1 [0007]
- DE 602004013349 T2 [0008]
- US 8746929 B2 [0009]
- US 8124012 B2 [0009]