Способ улучшения эпидемической безопасности в комнатах переговоров и в офисных помещениях
METHOF FOR IMPROVEMENT OF EPIDEMIC SAFETY IN MEETING ROOMS AND OFFICE SPACES

Настоящее изобретение относится к области санитарии и гигиены, в том числе, к методам и средствам дезинфекции воздуха в комнатах переговоров и в офисных помещениях. Изобретение может быть использовано для дезинфекции воздуха от воздушно-капельной и воздушно-пылевой инфекции в помещениях с массовым пребыванием людей.
Среди известных и широко распространенных средств, способствующих улучшению эпидемической безопасности людей в помещениях, особое место занимают физико-технические методы воздействия на воздушную среду помещений. Физико-технические методы дезинфекции воздуха в помещениях чаще всего реализуются с помощью следующих систем: вентиляции, отопления, кондиционирования, озонирования, ионизации, электромагнитного облучения, ионизирующего облучения. Физико-технические методы дезинфекции помещений гармонично дополняют химические и биологические методы защиты от различных патогенных инфекций.
На протяжении последних пятидесяти - семидесяти лет системы HVAC отопления (Heating), вентиляции (Ventilation), кондиционирования (Condition) воздуха (air) развивались преимущественно по направлению повышения комфорта в помещениях. Такие автоматизированные HVAC системы поддержания комфортных условий в помещениях получили название систем климат-контроля. Важнейшей составляющей развития HVAC и систем климат-контроля является обеспечения эпидемической безопасности. К сожалению, не всегда требования к повышению комфорта в помещениях совпадают с требованиями обеспечения эпидемической безопасности.
3
Важнейшей составляющей систем HVAC отопления вентиляции и кондиционирования воздуха являются приточно-вытяжные системы вентиляции. В непроизводственных помещениях основная задача приточно-вытяжной вентиляции заключается в обеспечении притока свежего воздуха из расчета (30÷60) м/час на одного человека. Подавляющее большинство известных систем вентиляции работают по принципу смешивания или перемешивания приточного воздуха с воздухом помещения (вентиляции смесительного типа или Mixing Ventilation) [1]. Значительно менее распространенными являются системы вентиляции вытесняющего типа (Displacement Ventilation) [2]. Двумя основными причинами широкого распространения систем вентиляции смесительного типа является их относительная простота и возможность получения по всему объему воздуха в помещении одинаковых значений температуры, влажности, концентрации вредных веществ. В свою очередь, системы вентиляции смесительного типа провоцируют перенос инфекции по всему помещению и перенос инфекции между людьми. В отношении эпидемической безопасности системы вентиляции вытесняющего типа более предпочтительны, хотя и они не способны автоматически по умолчанию полностью исключить перенос инфекции по помещению и между людьми.
Существует много общих подходов при проектировании систем HVAC для помещений и для салонов различных транспортных средств. В связи с этим целесообразно рассмотреть основные достижения по эпидемической безопасности систем HVAC, по возможности, независимо от мест их конкретного применения.
Известно устройство по международному патенту WO 2004065148 A3 от 5.08.2004 «Система и устройство ультрафиолетовой (УФ) обработки блоков от микрофлоры в системах отопления, вентиляции и кондиционирования (HVAC) автомобилей». Известное устройство включает в себя забор воздуха из помещения или из пассажирского салона, его нагнетание с регулируемой скоростью воздушного потока в рабочую камеру дезинфекции, обработку потока воздуха путем его пропускания через камеру кондиционирования, теплообменный преобразователь и (или) через источники ультрафиолетового излучения с последующей подачей обработанного воздуха через систему выпускных воздуховодов в помещение или в пассажирский салон транспортного средства в зону нахождения людей, а также в автомобилях дополнительно - в зону ветрового стекла автомобиля. Известное устройство построено по стандартной схеме отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха HVAC и содержит наружный и рециркуляционный внутренний воздухоприемники, заслонку, регулирующую соотношение проходящих через указанные выше воздухоприемники воздушных потоков, снабженный блоком управления скоростью вращения электродвигателя, электрический вентилятор, соединенный через воздуховоды и камеру испарителя кондиционера с входом рабочей камеры дезинфекции, внутри которой установлен теплообменный преобразователь, кроме этого, на входе рабочей камеры дезинфекции установлена заслонка регулятора нагрева воздуха, обеспечивающая изменение соотношения воздушных потоков, проходящих через и мимо теплообменного преобразователя, при этом, выход рабочей камеры дезинфекции через выпускной воздуховод соединен с системой воздуховодов, снабженных заслонками распределения воздушных потоков к воздуховодам и дефлекторам панели приборов, к воздуховодам и дефлекторам обогрева ног, к воздуховодам и дефлекторам ветрового стекла. Отличие устройства по патенту WO 2004065148 от известных ранее заключается в том, что все основные элементы HVAC (рабочая камера дезинфекции, впускные и выпускные воздуховоды, вентилятор, испаритель кондиционера, заслонки, дефлекторы), контактирующие с потоком проходящего воздуха, облучаются ультрафиолетовыми источниками излучения, количество групп которых может достигать от одного до восьми единиц (согласно пунктам изобретения).
Известное устройство обладает высокой эффективностью дезинфекции воздуха. Основными недостатками известного устройства является следующее: смешивающийся тип вентиляции, способствующий смешиванию между собой обработанного и необработанного от патогенной микрофлоры воздуха; наличие многочисленных зон, в которых мала или полностью отсутствует инактивация патогенной микрофлоры; ограниченный диапазон рабочих температур нагреваемого потока воздуха при работе с УФ лампами или иными УФ излучателями; биологическая опасность УФ излучения бактерицидных ламп, требующая принятия специальных мер защиты от паразитных коротковолновых компонент ионизирующего излучения и от основной компоненты УФ излучения; неодинаковая эффективность инактивации патогенной флоры в различных местах пребывания людей; большой объем устройства, связанный с использованием громоздких мощных бактерицидных ламп.
Известно также устройство по полезной модели RU 198997, опубл. 06.08.2020 «Светильник с бактерицидным обеззараживанием воздуха закрытого типа». Известное устройство содержит в себе корпус, разделенный посредством защитной светоэкранирующей перегородки на расположенные друг над другом два подпространства: первое или верхнее подпространство - для элементов оборудования обеззараживания воздуха, второе или нижнее подпространство - для установки светотехнического оборудования. Подпространство для обеззараживания воздуха включает в себя отверстия для захода и выхода воздуха, расположенные на противоположных сторонах корпуса, световые ловушки, препятствующие попаданию ультрафиолетового излучения в помещение, один или несколько вентиляторов и источник ультрафиолетового излучения. Светотехническая часть включает в себя печатную плату со светодиодами, источником питания и рассеивателем в нижней части корпуса. Принцип действия известного устройства заключается в том, что бактерицидный поток от источника ультрафиолетового излучения распределяется в небольшом замкнутом подпространстве, располагающемся за видимой частью светодиодного потолочного светильника. При этом обеззараживание воздуха осуществляется путем его прокачки с помощью вентиляторов через зону с источником ультрафиолетового излучения с длиной волны 254 нм. Корпус, светоэкранирующие перегородки и специальные световые ловушки на входе и выходе прибора защищают находящихся в помещении людей от ультрафиолетового облучения.
Известное устройство обладает высокой эффективностью дезинфекции воздуха в зоне его обслуживания. Основными недостатками известного устройства является следующее: низкая эффективность обеззараживания воздуха в рабочей зоне нахождения людей в связи с расположением устройства на потолке далеко от активной зоны нахождения людей; невозможность эффективного устранения патогенной микрофлоры в связи с постоянным перемешиванием в объеме помещения обеззараженного и необеззараженного воздуха; провоцирование ускоренной мутации патогенной микрофлоры за счет многократной прокачки воздуха в помещении через УФ источник; опасность расположения устройства непосредственно в рабочей зоне персонала из-за опасности облучения глаз и кожи людей УФ излучением, проходящим через защитные перегородки корпуса; появление в процессе работы горизонтальных составляющих воздушных потоков, стимулирующих перенос воздушно-капельной инфекции от одного человека к другому.
Известен также бактерицидный облучатель по полезной модели RU 38610 U1, опубл. 10.07.2004 г., предназначенный для обеззараживания воздуха и поверхностей в помещении, содержащий корпус, с входным и выходным окнами, закрытыми жалюзийными решетками. В корпусе установлен вентилятор и источники УФ излучения, в качестве которых используются безозонные ртутные лампы низкого давления, установленные вдоль потока воздуха. Внутренние стенки корпуса имеют отражающее покрытие. Известное устройство снабжено средством защиты от выхода УФ излучения, в качестве которого служат жалюзийные решетки, состоящие из рамки и зачерненных элементов V-образного профиля, смонтированных в рамке с образованием узких лабиринтных щелей между ними, что позволяет исключить отражение УФ лучей от поверхности жалюзийных решеток и выход наружу. В корпусе установлен открывающийся люк. В закрытом состоянии люка обеспечивается обеззараживание воздуха в режиме рециркуляции с возможностью пребывания людей в помещении в процессе работы устройства.
Известное устройство обладает высокой эффективностью дезинфекции воздуха в зоне его обслуживания. Основными недостатками известного устройства является следующее: постоянное перемешивание в объеме помещения обеззараженного и необеззараженного воздуха, что препятствует полному устранению патогенной микрофлоры в рабочей зоне пребывания людей; провоцирование ускоренной мутации патогенной микрофлоры за счет многократной прокачки воздуха в помещении через ультрафиолетовый источник облучения; опасность расположения устройства непосредственно в рабочей зоне пребывания персонала из-за возможности облучения глаз и кожи людей относительно малоинтенсивным, но биологически опасным УФ излучением, проходящим через защитные перегородки корпуса.
Наиболее близким по сути к заявляемому изобретению является авторское свидетельство СССР №323933, опубл. 10.08.1973 г. «Установка для дезинфекции воздуха». В известном техническом решении дезинфекция воздуха, зараженного патогенными микроорганизмами, осуществляется путем его последовательной принудительной прокачки с помощью вентилятора через рабочую камеру дезинфекции и выпускной воздуховод. При этом, в рабочей камере дезинфекции установлен электрический термопреобразователь, обеспечивающий прогрев проходящего в выходной воздуховод потока воздуха до требуемой температуры. В воздуховоде находится блок бактерицидных ультрафиолетовых ламп, с помощью которых осуществляется финишная дезинфекция потока воздуха от патогенной микрофлоры. Наличие блока бактерицидных ламп ограничивает температурный предел нагрева потока воздуха примерно до (50÷60)°С, что, во-первых, препятствует полноценному использованию данного устройства совместно с системами отопления зданий, во-вторых, снижает возможности надежной инактивации патогенной воздушно-капельной инфекции на этапе прогрева воздуха. Наличие блока УФ ламп при их ограниченных размерах и мощности не позволяет надежно обеззараживать микрофлору, защищенную микрочастицами пыли и капель, а также - наночастицами углеводородных загрязнителей воздуха. Еще одним недостатком известного устройства является неодинаковая по умолчанию эффективность инактивации патогенной флоры в различных местах пребывания людей в замкнутых помещениях. Связано это с тем, что в известном устройстве не оговаривается о том, как правильно устанавливать и применять это устройство в помещениях с массовым пребыванием людей. Как результат этого - устройство с большой долей вероятности может провоцировать распространение патогенной инфекции в помещении, что, в свою очередь, приведет к массовому заражению людей.
Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в обеспечении одинаково высокой эпидемиологической безопасности людей, длительно находящихся в комнатах переговоров и в офисных помещениях.
Техническим результатом изобретения является создание способа, обеспечивающего повышение эффективности и безопасности дезинфекции воздуха от воздушно-капельной и воздушно-пылевой инфекции в комнатах переговоров и в офисных помещениях, в частности, за счет уменьшения влияния горизонтальных составляющих потоков воздуха, переносящих инфекцию между людьми.
2
Поставленная задача и технический результат достигаются за счет того, что в предлагаемом способе улучшения эпидемической безопасности в комнатах переговоров и в офисных помещениях каждое офисное помещение или комнату переговоров размещают в теплоизолированном помещении, которое оборудуют освещением, ионизатором, увлажнителем воздуха, приточной вентиляцией, снабженной фильтром, ультрафиолетовым облучателем, подогревателем и охладителем воздуха, вытяжной вентиляцией, снабженной одним или несколькими установленными под потолком приемными зонтами, фильтром и клапаном обратного хода воздуха, при этом, по центру помещения размещают рабочие столы с круговой, овальной или прямоугольной формой их расстановки, за указанными столами оборудуют индивидуальные рабочие места персонала и (или) участников переговоров, дополнительно согласно изобретению приемные зонты вытяжной вентиляции размещают в центре потолка над поверхностью рабочих столов, упомянутые выше увлажнитель и ионизатор воздуха устанавливают в центральной области столов таким образом, чтобы исходящий из них поток воздуха был направлен вертикально вверх, кроме этого, воздушный поток приточной вентиляции подают в сопла, размещенные в центральной области поверхности рабочих столов, а также - посредине между соседними рабочими местами, при этом, с помощью указанных сопел формирует направленные  вверх вертикальные восходящие воздушные потоки воздуха с регулируемой скоростью в пределах 0.1 м/с - 2 м/с, кроме этого в центральной области поверхности рабочих столов устанавливают ориентированные вертикально вверх направленные инфракрасные излучатели с плотностью потока мощности не менее 1.5 кВт/м, при этом, работой вытяжной вентиляции, увлажнителя, охладителя и подогревателя воздуха приточной вентиляции и регулированием скорости восходящих вертикально вверх потоков воздуха управляют вручную или с помощью системы климат-контроля помещения.
Поставленная цель и технический результат также достигаются тем, что в предлагаемом способе улучшения эпидемической безопасности в комнатах переговоров и в офисных помещениях направленные инфракрасные излучатели согласно изобретению выполняют на основе ламп накаливания, снабженных рефлекторами и абажурами, с эквивалентной температурой нитей накала (950÷2700) К.
Поставленная цель и технический результат также достигаются тем, что в предлагаемом способе улучшения эпидемической безопасности в комнатах переговоров и в офисных помещениях согласно изобретению направленные инфракрасные излучатели выполняют на основе электронагревателей, снабженных фокусирующими отражателями излучения, с температурой тепловых излучателей не менее 130°С.
Поставленная цель и технический результат также достигаются тем, что в предлагаемом способе улучшения эпидемической безопасности в комнатах переговоров и в офисных помещениях согласно изобретению направленные инфракрасные излучатели выполняют на основе инфракрасных светодиодов.
2
Поставленная цель и технический результат также достигаются тем, что в предлагаемом способе улучшения эпидемической безопасности в комнатах переговоров и в офисных помещениях согласно изобретению дополнительно устанавливают в центральной зоне потолка ориентированные вертикально вниз в зону отсутствия рабочих мест направленные инфракрасные излучатели с плотностью потока мощности не менее 100 Вт/м.
Способ улучшения эпидемической безопасности в комнатах переговоров и в офисных помещениях осуществляют следующим образом.
2
Каждую комнату переговоров или каждое офисное помещение размещают в теплоизолированном помещении, которое оборудуют освещением и регулируемой по интенсивности вытяжной вентиляцией, снабженной воздушным фильтром, клапаном обратного хода воздушного потока, одним или несколькими приемными зонтами, установленными под потолком по его центру. Дополнительно устанавливают в центральной зоне потолка ориентированные вертикально вниз в зону отсутствия рабочих мест направленные инфракрасные излучатели с плотностью потока мощности не менее 100 Вт/м.
По центру пола помещения устанавливают рабочие столы с круговой, овальной или прямоугольной формой их расстановки, с незанятой столами центральной зоной. По периметру рабочих столов на равном расстоянии друг от друга оборудуют индивидуальные рабочие места персонала и (или) участников переговоров, при этом, лица сидящих людей должны быть обращены в сторону незанятой столами центральной зоны. При необходимости, между соседними рабочими местами дополнительно устанавливают прозрачные перегородки высотой, равной 1,5-2 м и шириной, равной глубине посадочных мест (0.4-0.7 м).
2
В незанятой столами центральной зоне размещают увлажнитель и ионизатор воздуха с исходящим вертикально вверх потоком воздуха. Кроме этого, в незанятую столами центральную зону, а также дополнительно - посредине между соседними рабочими местами устанавливают сопла приточной вентиляции, соединенные с выпускным воздуховодом приточной вентиляции, снабженным охладителем и подогревателем, обеспечивающими в случае необходимости контролируемое охлаждение или подогрев выходящего из воздуховода воздуха. При этом с помощью указанных сопел формирует направленные вверх вертикальные восходящие воздушные потоки воздуха с регулируемой скоростью в пределах 0.1 м/с - 2 м/с. Кроме этого, в незанятой столами центральной зоне устанавливают ориентированные вертикально вверх направленные инфракрасные излучатели с плотностью потока мощности не менее 1.5 кВт/м. Согласно изобретению инфракрасные излучатели могут быть реализованы одним из следующих способов: на основе инфракрасных светодиодов; на основе электронагревателей, снабженных фокусирующими отражателями, с температурой тепловых излучателей не менее 130°С; на основе ламп накаливания, снабженных рефлекторами и абажурами, с эквивалентной температурой нитей накала (950÷2700) К.
Управление производительностью вытяжной вентиляции, увлажнителя, охладителя и подогревателя воздуха приточной вентиляции и регулированием скорости восходящих вертикально вверх потоков воздуха управляют вручную или с помощью системы климат-контроля помещения.
Технический результат повышения эффективности и безопасности дезинфекции воздуха в комнатах переговоров и в офисных помещениях достигается следующим образом:
Во-первых, образуемые в процессе дыхания, разговоров, кашля и чихания аэрозольные облака с возможной патогенной микробной инфекцией увлекаются и удаляются из помещения восходящими вертикально вверх потоками воздуха за счет работы приточно-вытяжной вентиляции. При этом за счет достаточно высокой вертикальной составляющей скорости микрочастиц аэрозолей предотвращается возможность попадания патогенных микрочастиц в органы дыхания каждого участника переговоров. Благодаря расположению элементов приточно-вытяжной вентиляции посередине зоны переговоров эффективность указанного обеззараживания будет одинаковой по отношению к каждому участнику переговоров.
Во-вторых, образуемые в процессе дыхания, разговоров, кашля и чихания аэрозольные облака с возможной патогенной микробной инфекцией обеззараживаются ионами в восходящих из ионизатора вертикально вверх потоках воздуха. При этом в силу расположения ионизатора воздуха посередине зоны переговоров эффективность указанного обеззараживания будет одинаковой по отношению к каждому участнику переговоров.
В-третьих, образующиеся в процессе дыхания, разговоров, кашля и чихания аэрозольные облака с возможной патогенной микробной инфекцией быстро инактивируются с помощью высокоинтенсивных тепловых электромагнитных потоков инфракрасных излучателей, относительно безопасных для людей по сравнению с УФ излучением. За время пролета патогенные микрочастицы сильно нагреваются в электромагнитном поле инфракрасных излучателей и быстро (в пределах одной секунды) погибают за счет своего перегрева. При этом в силу расположения инфракрасных излучателей посередине зоны переговоров эффективность указанного обеззараживания будет одинаковой по отношению к каждому участнику переговоров.
Пример технической реализации изобретения
Пример 1. Комната переговоров с круглым столом на 8 мест.
2
В качестве примера реализации предлагаемого способа рассмотрим комнату переговоров на восемь участников. В типовом многоэтажном железобетонном административном здании выбираем теплоизолированную комнату со следующими размерами: длина -6 м; ширина - 6 м; высота - 3.2 м. Под потолком по центру устанавливаем один или несколько конусообразных приемных зонтов 10 (фигура 1) вытяжной вентиляции. В случае установки одного приемного зонта диаметр его основания выбираем в пределах 2.5 м - 3 м и высоту конуса - 0.5 м - 0.6 м. Основание конуса должно быть на высоте не менее 2.2 м от пола. Зонт 10 вытяжной вентиляции подключаем к каналу вытяжной вентиляции через воздуховоды 15, 16, снабженные клапаном обратного хода 12, воздушным фильтром 13 и вытяжным вентилятором 14, имеющим регулятор управления оборотами электродвигателя. Кроме этого, согласно изобретению дополнительно устанавливаем в центральной зоне потолка ориентированные вертикально вниз в зону отсутствия рабочих мест инфракрасные излучатели с плотностью мощности потока не менее 100 Вт/м.
По центру пола помещения устанавливаем один большой круглый рабочий стол 22, или несколько рабочих столов с круговой расстановкой с незанятой столами или столешницей 22 центральной зоной (фигура 2). За указанными выше рабочими столами по их периметру оборудуем индивидуальные сидячие рабочие места 23 (фигуры 2 и 3) таким образом, чтобы лица сидящих людей были обращены в сторону незанятой столами центральной зоны (несколько столов) или центра одного стола переговоров. При необходимости, между соседними рабочими местами дополнительно устанавливаем прозрачные перегородки высотой, равной 1,5-2 м и шириной, равной глубине посадочных мест (0.4-0.6 м). В этой свободной незанятой столами центральной зоне (несколько столов) или по центру столешницы одного стола 22 размещаем увлажнитель и ионизатор воздуха 24 (фигуры 2 и 3) с исходящим вертикально вверх потоком воздуха.
Кроме этого в указанную незанятую столами центральную зону (несколько столов) или по центру столешницы одного стола устанавливаем приточную вентиляцию, снабженную вентилятором 5 (фигура 1), камерой с ультрафиолетовым облучателем 6 (фигура 1), подогревателем 7 (фигура 1) и охладителем 8 (фигура 1), обеспечивающими в случае необходимости контролируемое охлаждение или подогрев выходящего из воздуховода воздуха с последующей подачей воздуха в воздухораспределитель с соплами 9 (фигура 1, фигура 3). Каждое сопло размещаем в центральной области поверхности рабочих столов на одинаковом расстоянии от каждого рабочего места, а также посредине между соседними рабочими местами. При этом с помощью указанных сопел 9 (фигура 1) приемных зонтов 10 (фигура 1) в центральной зоне комнаты переговоров 11 (фигура 1) формируются направленные вверх в середину раскрывов зонтов 10 вытяжной вентиляции вертикальные восходящие воздушные потоки воздуха с регулируемой скоростью в пределах 0.1 м/с - 2 м/с. Для экономии энергетических ресурсов система приточно-вытяжной вентиляции, используемой для реализации заявляемого способа, дополнительно оборудована рекуператором тепловой энергии 4 (фигура 1), воздуховодом рециркуляции 18, обратным клапаном 19 приточной вентиляции и заслонкой 20 переключения в режим рециркуляции. В рекуператоре входной воздушный поток приточной вентиляции, поступающий через зонт 1, фильтр 2 и воздуховод 3 (фигура 1), нагревается за счет энергии теплого потока воздуха, поступающего через воздуховод 15 в рекуператор 4 и выходящий из рекуператора наружу из помещения через воздуховод 16 и выпускной патрубок 17 (фигура 1).
2
Дополнительно согласно изобретению в центральной области поверхности рабочих столов перед каждым рабочим местом на расстоянии не менее 1 м устанавливаем ориентированные вертикально вверх направленные инфракрасные излучатели 25 (фигура 3) с плотностью потока мощности не менее 1.5 кВт/м. Наличие инфракрасных излучателей с указанной выше большой плотностью мощности энергетического потока обеспечивает эффективный нагрев патогенных микрочастиц до температуры более 70°С, что приводит к уничтожению значительной части патогенной флоры за время ее пролета в центральной зоне 11 (фигура 1).
Работой вентилятора 14 (фигура 1) вытяжной вентиляции, увлажнителя 24 (фигура 3), охладителя 8 (фигура 1) и подогревателя 7 (фигура 1) воздуха приточной вентиляции и регулированием скорости восходящих вертикально вверх потоков воздуха управляют вручную или с помощью системы климат-контроля 21 (фигура 1).
Описанная выше комната переговоров должна функционировать в двух режимах.
Первый режим - режим ожидания переговоров. В этом режиме для экономии энергетических ресурсов отключается вентиляторы 5 и 14 (фигура 1) приточно-вытяжной вентиляции. Вентиляция работает в пассивном режиме. Также отключаются ультрафиолетовый облучатель 6 (фигура 1), подогреватель 7 (фигура 1), охладитель 8 (фигура 1), инфракрасные излучатели 25 (фигура 3), увлажнитель и ионизатор 24 (фигура 3). Обогрев комнаты в зимнее время происходит за счет штатного центрального отопления. В летнее время вентиляция комнаты дополнительно возможна через открытые створки окон.
Второй режим - режим проведения переговоров. В этом режиме для создания эпидемической безопасности все описанное выше оборудование приточно-вытяжной вентиляции включается. Вентиляция работает в активном режиме. При этом выдыхаемая участниками переговоров воздушно-капельная инфекция увлекается восходящими вертикально вверх потоками воздуха и отсасывается вытяжной вентиляцией. Кроме этого в режиме проведения переговоров включаются в штатный режим увлажнитель-ионизатор воздуха 24 (фигура 3), инфракрасные излучатели 25 (фигура 3). Их работа обеспечивает термическую дезинфекцию восходящих потоков воздуха и всего воздушного пространства в центре комнаты.
Обогрев комнаты в зимнее время и в межсезонье происходит за счет подогревателя воздуха 7 (фигура 1) приточной вентиляции и за счет инфракрасных излучателей 25 (фигура 3). В летнее время вентиляция комнаты и ее охлаждение происходит за счет охладителя 8 (фигура 1) приточной вентиляции. При этом створки окон помещения должны быть плотно закрыты, а штатное отопление должно быть отключено. Эти меры необходимы для исключения случайного появления интенсивных горизонтальных составляющих воздушных потоков, способствующих переносу инфекции от одного человека к другому.
Пример 2. Расчет характеристик процесса нагрева микрочастиц в воздушно- капельной инфекции
Обоснование возможности и целесообразности выбора ИК излучения для инактивации вирусной инфекции дано в [4, 5].
Проведем расчеты по нагреву микрочастиц с помощью инфракрасных излучателей с максимумом излучаемых длин волн в районе 3 мкм. Для этого значения длин волн коэффициент поглощения воды, из которой в основном и состоят микрочастицы, имеет максимальное значение, что способствует повышению эффективности предлагаемого способа дезинфекции.
Имеем следующие исходные материалы для расчетов:
3
2
Плотность потока мощности инфракрасных излучателей q=1.5⋅10 Вт/м
Скорость восходящего воздушного потока v=2 м/с
Высота помещения от пола до нижнего края зонтов вытяжной вентиляции h=3 м
в
Время прохождения воздушного потока от пола до нижнего края зонтов вытяжной вентиляции t=h/v=3 м/2 м/с=1.5 с
3
3
Удельная плотность микрочастицы, состоящей в основном из воды, ρ≈10 кг/м
3
Теплоемкость воды С=4.2⋅10 Дж/(кг⋅К).
-6
Диаметр микрочастицы d=10 м (типичный размер бактерий)
Без учета процесса тепловых потерь скорость ΔT/Δt одностороннего нагрева микрочастицы
2
ΔT/Δt=3⋅q/(2⋅d⋅ρ⋅C)≈5 10 К/с
Тепловые потери при нагреве микрочастицы включают в себя две компоненты: потери на тепловое излучение и на теплоотдачу.
i
i
4
2
4
Согласно закону Стефана-Больцмана плотность потока мощности q теплового излучения микрочастицы, нагретой до температуры Т [К] q(T)=σ⋅T, где σ=5.67 Вт/(м⋅К)
Согласно уравнению Ньютона-Рихмана плотность потока мощности теплоотдачи
t
оc
ос
2
q=α⋅(T-T), где α=(5÷25) [Вт/(м⋅К)] коэффициент теплоотдачи от микрочастицы к воздушной среде, нагретой до температуры Т.
С учетом тепловых потерь скорость нагрева микрочастицы
4
ос
ΔT/Δt=3⋅[q-σ⋅Т-α⋅(T-Т)]/(2⋅d⋅ρ⋅С)
Температура T(t) нагрева микрочастицы в зависимости от промежутка времени нагрева t
2
2
На фигурах 4 и 5 показаны расчетные зависимости T(t)-273 изменения во времени t температуры Т нагрева микрочастиц диаметром 1 мкм в тепловом электромагнитном поле с плотностью теплового потока мощности 1,5 кВт/м и 2 кВт/м соответственно при температуре окружающего воздуха 20°С.
в
Полученные численные оценки времени нагрева от 0°С до 90°С сопоставимы со временем t прохождения воздушного потока от пола до потолка. Из уровня техники [2-3] известно, что нагрев мезофильных бактерий или вирусов до 90°С означает ее надежную мгновенную инактивацию, поскольку при такой температуре происходит свертываемость белков, их гидратация и денатурация.
Недавние опубликованные в [5] результаты экспериментов по инактивации вирусной инфекции показали хорошее совпадение приведенных выше результатов расчетов с экспериментальными данными.
Литература
1. Risto Kosonen, Arsen Melikov, Elisabeth Mundt, Panu Mustakallio, Peter Nielsen. Displacement Ventilation. - REHVA GUDEBOOK, No 23, 2017. 105 c. https://biblioteka.ktu.edu/
2. Медицинская микробиология, вирусология, иммунология. Под ред. В.П. Широбокова. Винница, Нова Книга, 2015, 853 с.
3. Позднее O.K. Медицинская микробиология. Под ред. В.И.Покровского. Москва, ГЭОТАР-МЕД, 2001, 776 с.
4. А.K. Dharmadhikari et al., DNA Damage by OH Radicals Produced Using Intense, Ultrashort, Long Wavelength Laser Pulses // Physical Review Letters 112, 138105 (2014).
5. Yuqian Jiang, Han Zhang, Jose A.Wippold,… Sub-second heat inactivation of coronavirus using a betacoronavirus model. - Biotechnology and Bioengineering. 2021;118:2067-2075.