VENTILATIE EN KLIMATISATIE
Install Magazine 979 – oktober 2021
De juiste luchtreiniger kiezen
Overhaaste beslissingen vermijden in de strijd tegen virussen
Besmettingen met het coronavirus gebeuren vooral in gebouwen. Daarbij spelen aerosols, met andere woorden uiterst kleine zwevende druppels, een belangrijke rol. Hoe langer we in een ruimte blijven, hoe groter de kans op besmetting, ook op een afstand van meer dan 1,5 meter. Met een luchtreiniger kunnen we die zwevende druppels uit de lucht halen. Daarbij zijn er diverse varianten en werkingsprincipes.
Het komt erop aan het juiste type toestel te vinden voor de toepassing in kwestie. Het kan gaan om grote ruimtes met veel personen (bijvoorbeeld schoolklassen), maar ook om restaurants of openbare plekken. Ook in de privésfeer kan het zinvol zijn om zo een toestel te plaatsen. Alle toestellen hebben hetzelfde doel: ze vermijden een te hoge virusconcentratie in de ruimte. Dat is echter geen alternatief voor een regelmatige ventilatie en toevoer van verse lucht, en dus van zuurstof.
Werking van luchtreinigers
Er zijn meerdere methodes van luchtzuivering op de markt, die we hier kort zullen voorstellen. Het gaat hier telkens om mobiele toestellen met een gangbare stekkeraansluiting (230 V AC). De luchtreinigers bestaan uit verschillende componenten. Alle toestellen zijn voorzien van een ventilator om de luchtstroom aan te drijven. Een voorfilter (partikelfilter) om het binnenwerk te beschermen tegen stof en grove vuildeeltjes is sterk aan te bevelen. Dan is er het eigenlijke reinigingssysteem. Luchtreinigers reduceren de mogelijke concentratie aan virussen in een ruimte aanzienlijk. Ze kunnen echter niet alle virussen uit een ruimte verwijderen, zodat er altijd nog een restrisico op besmetting blijft. We gaan nu verder in op het eigenlijke reinigingssysteem.
Kiemdoding met UV-licht (UV-C)
Ultraviolet licht met een golflengte van 100 tot 280 nm is niet zichtbaar voor het menselijk oog, maar is sterk energetisch. Het is een natuurlijk bestanddeel van zonlicht, maar bereikt het aardoppervlak niet. Het kan wel geproduceerd worden met specifieke UV-lampen. UV-C straling beschadigt het celomhulsel van virussen, evenals dat van andere types van biogene cellen. Daardoor worden de micro-organismen beschadigd en inactief gemaakt.
De dosis UV-C straling die nodig is om het coronavirus af te doden, is bekend. In de lucht bevinden de virussen zich wel in aerosoldruppels. Dat betekent dat de druppels een deel van de UV-C straling zullen absorberen. De toegediende dosis zal in de praktijk dus altijd kleiner zijn dan wanneer het virus zich onbeschermd op een oppervlak zou bevinden. Bij UV-C toestellen mag er ook geen straling naar buiten in de omgeving terecht komen. Zo moet de UV-lamp automatisch uitgeschakeld worden wanneer het toestel in werking geopend wordt. De UV-lampen moeten regelmatig gecontroleerd worden, en indien nodig, vervangen.
Kiemdoding met ozon
Ozon (O3) is een gas dat in kleine concentraties in de atmosfeer voorkomt. Door de moleculestructuur met drie zuurstofatomen is het erg reactief. Het heeft dan ook een agressief effect op biogene elementen zoals ziektekiemen en virussen. Ozon is echter vanaf een zekere dosis kankerverwekkend. Daarom is het aan te bevelen om eventueel overtollig ozon niet in de ruimte terecht te laten komen, maar om het op te vangen via een actieve koolfilter.
Verwijdering door filtratie
Bij filtratie worden deeltjes zoals fijnstof of aerosols vastgehouden in het filtermedium. Bij luchtreinigers kan men twee soorten filters onderscheiden: partikelfilters en HEPA-filters. Partikelfilters halen deeltjes (fijnstof) van 0,3 tot 10 μm uit de lucht en worden ingedeeld volgens de internationale norm EN ISO 16890. De filterefficiëntie ligt tussen de 50 en 90%, waarbij de combinatie van twee in serie geschakelde filters het effect duidelijk verhoogt. Elk toestel zou eigenlijk voorzien moeten zijn van een fijnstoffilter in de luchtinlaat om het binnenwerk te beschermen.
HEPA-filters worden onder meer toegepast als hygiëne- of anti-allergiefilter in stofzuigers. Ze worden ingedeeld volgens de norm EN 1822, en hebben een filterefficiëntie van meer dan 99%, ook voor deeltjes (of aerosoldruppels) kleiner dan 0,3 μm. Bij luchtreinigers worden doorgaans filters klasse H13 of H14 toegepast.
Verdere kiemdodingsmethoden
De lucht in het toestel kan onder hoogspanning geïoniseerd worden. Daarbij ontstaat ook ozon. Deze energetisch geladen luchtmoleculen kunnen biogene deeltjes aantasten en vernietigen. Gezien er ozon gevormd wordt, gelden dezelfde voorzorgen als eerder vermeld.
Een andere kiemdodingsmethode is waterstofperoxide (H2O2). Bij het verstuiven valt de molecule uiteen, waardoor er eveneens ozon gevormd wordt. De werking is dan voor het overige gelijk aan de vorige methode. Net als bij de andere methoden die ozon gebruiken, is er actieve koolfilter nodig om verspreiding in de ruimte tegen te gaan.
Bovendien kan men verschillende van de eerder vernoemde methodes combineren, bijvoorbeeld een HEPA-filter met UV-C bestraling. De bestraling doodt dan de microben en virussen die worden opgevangen door de filter. Op die manier kan men de filter in alle veiligheid vervangen.
Selectiecriteria
Alle opgesomde methoden bereiken het gewenste effect. Om te beslissen welke oplossing het meest is aangewezen, gaan we in op de selectiecriteria. Bij alle varianten gaan we ervan uit dat ze de concentratie van actieve virussen in de lucht merkbaar verminderen.
Vorm van de ruimte en aantal gebruikers
De omvang van de ruimte en de bezettingsgraad zijn de meest belangrijke parameters. Een klaslokaal met 30 scholieren heeft andere vereisten qua luchtzuivering dan een ruim uitgevoerde tentoonstellingsruimte of een restaurant met allerhande hoeken en kanten. Het ventilatievoud is een goede ontwerpparameter, anders gezegd de verhouding tussen het volume van de ruimte en de hoeveelheid lucht die per uur door het toestel gereinigd wordt. Een (klas)lokaal met een oppervlakte van 60 m2 en een plafondhoogte van 3 m heeft zo een volume van 60 m2 x 3 m = 180 m3. Voor een ventilatievoud van 6 hebben we dus een debiet van 6 x 180 m3 = 1080 m3/h nodig. Voor een kantoor van 20 m2, eveneens met een plafondhoogte van 3 m komen we uit op 360 m3/h. Hierbij speelt het aantal personen geen rol. In deze context gaan we immers uit van slechts één besmettelijke persoon per ruimte.
Figuur 1 toont de ontwikkeling van de virusconcentratie bij één besmettelijke persoon in de kamer. Het ventilatievoud is daarbij een aanduiding voor een goede of slechte ventilatie, of desgevallend de prestaties van de luchtzuivering.
De blauwe lijn voor een ventilatievoud van 0 komt overeen met een situatie waarbij vensters en deuren gesloten blijven (geen toevoer of zuivering van lucht). Hier neemt de virusconcentratie gestaag toe. Als men echter verlucht en/of de lucht zuivert (ventilatievoud van 2 tot 8) wordt er na een zekere tijd een maximale concentratie aan virussen bereikt. In alle gevallen speelt de contacttijd van gezonde personen met de besmette persoon een doorslaggevende rol of er een besmetting optreedt of niet. Het risico stijgt wel naargelang de virusconcentratie in de lucht hoger is.
Bij de berekening ging men uit van een productiedebiet van 100 virusdeeltjes per seconde. In feite gaat het niet om individuele virussen, maar om aerosoldeeltjes die telkens virussen bevatten. Deze waarde komt overeen met een gemiddelde, bepaald aan de hand van onderzoek van Hartmann en Kriegel (1).
Om het plafond van de virusconcentratie ook effectief te bereiken, moet de gereinigde lucht gelijkmatig in de ruimte verdeeld worden. Bij eerder kubusvormige ruimtes zoals klassen of kantoren ontstaat er een luchtcirculatie doorheen de ruimte. Bij L-vormige of zeer lange ruimtes ontstaan er echter meerdere circulatiepatronen, zodat ook twee of meer luchtreinigers zinvol zijn, om het hele volume te behandelen.
Als vuistregel geldt: een toestel kan over een lengte van ongeveer 6 m gelijkmatig de lucht behandelen. Bij hoge ruimtes is deze afstand echter korter. We spreken van een hoge ruimte als de verhouding van lengte tot hoogte (L/H) kleiner dan 2 is. Anders gezegd, in een hoge ruimte zal de plafondhoogte minstens de helft van de lengte bedragen. Bij een woonkamer van 6 m lang is dus een plafondhoogte van 3 m normaal. In een oude woning met een plafondhoogte van 3,8 m, zou een kamer van die lengte echter als hoog worden beschouwd. In L-vormige ruimtes stelt men best twee toestellen op. Om een gelijkmatige doorstroming te bereiken, is het overigens beter om verschillende kleine toestellen te plaatsen dan één groot.
Los van het aantal toestellen, moet men ze altijd ver genoeg van de muren plaatsen, en niet onder tafels of iets dergelijks, zodat de lucht vrij kan uitstromen. Een meter vrije ruimte in alle richtingen is aangeraden. De afstand tot vensters is van minder belang. In een moderne bouwwijze met goed geïsoleerde ramen en een verwarmingslichaam onder het raam, is er immers nog nauwelijks een koudeluchtval, waarbij de lucht tegen het glas afkoelt en een koude luchtstroom naar omlaag vormt.
Akoestiek
De luchtstroom wordt aangedreven door een ventilator, wat geluid produceert, dat hoorbaar is in de opstelruimte. Typische waarden voor het geluidsniveau schommelen rond 50 dB(A), wat overeenkomt met het achtergrondlawaai in een kantoor met verschillende personen. Bij dit geluidsniveau wordt het moeilijker om concentratie op te brengen in scholen of muziekonderricht. Voor een restaurant of fitnesscentrum is een dergelijke waarde echter aanvaardbaar.
Stille toestellen mogen een geluidsniveau van hooguit 30 tot 35 dB(A) hebben. Dat kan onder meer bereikt worden met een lager toerental van de ventilator, of door de inbouw van een geluidsdemper.
Stroomverbruik
De grootste (en soms enige) stroomverbruiker in het toestel is de ventilator. Die is doorgaans voorzien van een toerentalgeregelde EC-motor en bereikt dus een hoog rendement. Het opgenomen vermogen bedraagt ongeveer 20 W per 100 m3/h debiet, in functie van de afmetingen van het toestel en het reinigingsprincipe. Voor is toestel van 1000 m3/h is dat dus 200 W.
Dat is vergelijkbaar met het opgenomen vermogen van vier buislampen; de elektriciteitskosten vallen dus mee, ook als het toestel continu gebruikt wordt.
Onderhoud en reiniging van het toestel
Behalve het stroomverbruik, zijn er ook kosten voor onderhoud. Dat slaat in de eerste plaats op een regelmatige filtervervanging. De prijs hangt natuurlijk af van het type en de afmetingen van de filter. Voor een HEPA-filter moet men uitgaan van 100 - 250 euro per jaar. De vervanging van UV-C lampen komt op ongeveer hetzelfde bedrag.
Bij filtervervanging is er altijd een risico op besmetting door nog actieve virussen vanuit het filtermedium. Door een extra bestraling met UV-C licht worden ook deze ziektekiemen onschadelijk gemaakt. In elk geval is een aangepaste persoonlijke bescherming een goed idee. Dit omvat zeker wegwerphandschoenen, een wegwerp beschermend pak en een FFP2-masker (beter nog een FFP-3). Men mag de filters zeker nooit uitkloppen en opnieuw gebruiken! De gebruikte filter moet in een gesloten kunststof zak vervoerd worden, en samen met deze zak volgens de voorschriften verwerkt worden. De precieze details staan in de handleiding van de fabrikant.
De filters moeten beschouwd worden als gevaarlijk afval; ze kunnen immers nog actieve ziektekiemen bevatten. We verwijzen hier opnieuw naar de informatie van de fabrikant terzake. Diverse fabrikanten laten namelijk verwerking in het huishoudelijk afval toe.
Door Dr. Christian Fieberg (Westfälische Hochschule Gelsenkirchen)
Figuren: Westfälische Hochschule
(1) Beispielhafte Risikobewertung für verschiedene Alltagsituationen. Hartmann A., Kriegel, M. http://dx.doi.org/10314279/depositonce-10714.
