Technik

Erzeugung von UV-Strahlen

Die technische Erzeugung von UV-Strahlen ist grundsätzlich auf verschiedene Arten möglich. Als effektivste Methode hat sich heute die Erzeugung über eine Quecksilberdampfentladung durchgesetzt. Bei diesem Prozess wird Quecksilber (Hg) in einem mit Edelgas gefüllten Reaktionsraum mittels aktiver Wärmezufuhr verdampft. In dieser quecksilberdampfgesättigten Edelgasatmosphäre werden nun durch Zuführung elektrischer Energie die Elektronen der Quecksilberatome angeregt. Fallen diese hernach auf ihr stabiles Energieniveau zurück, so geben sie die zuvor zugeführte Energie primär in Form von UV-Strahlung wieder ab.

Das Strahlungsniveau, respektive die messbare spektrale Energieverteilung welche von dem Plasma emittiert wird, ist dabei in erster Linie abhängig von der Menge der freien Quecksilberatome, dem Gasdruckverhältniss und dem Niveau der zugeführten Energie.

: Grafik: Hg-Dampfdruck

Hoch- und Niederdruckentladung

Ein Kernproblem bei UV-Emittern ist die hohe Abhängigkeit der Reaktionsmasse auf das Innendruckverhältnis des Reaktionskörpers. Je höher das Verhältnis zwischen Masse und Druck, desto mehr verschieben sich die Resonanzlinien aus dem für die Entkeimung benötigenten Bereich zwischen 250 - 280 nm.

In der Desinfektion setzt man daher fast ausschliesslich auf Hg-Niederdruckstrahler. Sie haben bei einem Dampfdruck von rund 0.006 Torr (das entspricht etwa 8*10^-7 bar) einen scharfen Peak bei 254 nm. Zudem weisen sie aufgrund eines Effizienzgrades von rund 40% das beste Kosten-Nutzen-Verhältnis auf.

Rein technisch unterscheiden sich diese UV-Strahler kaum von solchen Quellen, die man als Fluoreszenzröhren oder Energiesparlampen kennt. Allerdings verwendet man in solchen Quellen die generierte UV-Strahlung dazu, die auf der Röhreninnenwand aufgetragenen Leuchtstoffe in sichtbares Licht zu transformieren. Zudem besteht der Glaskolben von Leuchtstoffröhren nicht aus Quarz und ist daher nicht UV-durchlässig.

: Grafik: Röhrentypen

: Grafik: UV-Ausstoss

Temperaturabhängigkeit

Da Gase in ihrer Ausdehnung eine hohe Temperaturabhängigkeit aufweisen, zeigt sich sofort die Achillesferse der Technik. So ist nicht nur die Energiezugabe, die Menge verdampfgungsfähigen Quecksilbers und die Wahl des Edelgases für den Ausstoss des Emitters von Relevanz, sondern insbesondere auch die am Reaktionskörper anliegende Kühllast oder Erwärmung.
Am Beispiel einer Leuchtstoffröhre lässt sich dieser Effekt besonders gut erkennen: Befindet sich eine solche Lichtquelle in einer Aussenmontage, so ist deren Leuchtkraft im Winter deutlich geringer als im Sommer. Bei einer zu Desinfektionszwecken optimierten Quecksilberdampflampe tritt dieser Effekt noch deutlicher zutage. Allerdings lässt sich hier der Effekt nur durch den Einsatz geeigneter Photometer ermitteln.

In der Konsequenz gilt es diesen Umstand zu berücksichtigen und einen zu erwartenden Über- oder Unterdruck des Plasmas durch technische Massnahmen entgegenzuwirken. sterilAir unterscheidet daher zwischen H-, N- und K-Röhren, welche sich alle durch ihre physikalischen Eigenschaften und dem Einsatzzweck unterscheiden. Denn in einer Backstube ist definitiv eine andere Strahlenquelle notwendig als in einem Kühlraum.

: Screenshot: UVGI

: Screenshot: UVGI

Berechnung

Neben der rein temperaturbezogenen Leistungsbewertung einer Strahlungsquelle kommen jedoch noch zwei weitere Kenngrössen in der UV-Desinfektion zum tragen: Durch Solarisationseffekte altert eine Quecksilberdampflampe kontinuierlich, d.h. die emittierte Leistung nimmt ab, und die Berechnung der Strahlungsintensität bei zunehmendem Abstand von der Quelle folgt einer nicht linearen Funktion.

Ohne Letalität und Expositionszeit des Rezipienten zu bewerten - die UV-Desinfektion folgt dem Dosis-Prinzip - zeigt sich hier die Komplexität der Methode:
Mit welchem alterungsbedingten und temperaturabhängigen Real-Leistungswert des Emitters ist zu rechnen? Gibt es absorbierende Faktoren wie Verschmutzung oder hohe Luftfeuchte? Welchen positiven Einfluss haben Verwirbelung und Sekundärstrahlung durch Reflexion?

Für ein Höchstmass an Prognosesicherheit setzen sterilAir Mitarbeiter und Partner daher ein wissenschaftlich fundiertes Simulationsprogramm ein.