След откриването на UV бактерицидната ефикасност през 1901 г. ултравиолетовата дезинфекция се извършва предимно с помощта на живачни лампи с ниско налягане.
Живакът присъства в живачните лампи с ниско налягане, което поражда опасения за замърсяване на околната среда. Подобно на светодиодната подмяна на флуоресцентни крушки, светодиодите се очаква да бъдат екологично чиста алтернативна технология. Ефективността на UV светодиодите вече е по-ниска от тази на живачните лампи с ниско налягане, въпреки бързото им годишно подобрение. Тъй като не е разработена заместваща технология, живачните лампи с ниско налягане са изключени от директивата RoHS за специфични употреби до 24 февруари 2027 г. (точка 4(a)). Ако се докаже, че няма налична заместваща технология след 2027 г., това изключение може да бъде удължено. Наистина ли е необходимо разширение? Някои приложения може да приемат светодиоди точно сега, според Nichia, и почти всички приложения ще могат да го направят до февруари 2027 г.
Тук Nichia представя пример от реалния свят, при който UV светодиодите се изследват като алтернатива за дезинфекция на живачните лампи с ниско налягане.
Дезинфекция на повърхности с помощта на живачни лампи с ниско налягане → Казуси от внедряване на LED
Повърхностна дезинфекция, дезинфекция на въздуха чрез пречистватели и дезинфекция на вода и канализационна система са включени в областта на UV дезинфекция с помощта на живачни лампи с ниско налягане. Почистването на оборудване и контейнери за хранително-вкусовата промишленост е често срещан случай на повърхностна дезинфекция. В хранително-вкусовите съоръжения контейнерите се пълнят с храна, след като са били изложени на ултравиолетова светлина, за да дезинфекцират вътрешността им и да спрат развитието на микроби и замърсяването на храната.
Илюстрация на контейнери за храна, изложени на UV радиация:
Живачните лампи с ниско налягане излъчват ултравиолетова светлина над контейнерите, за да дезинфекцират вътрешността на много контейнери за храна наведнъж. Следователно стопеният кварц трябва да се използва за покриване на живачни лампи с ниско налягане, за да се предотврати замърсяване с живак и счупване на стъкло в случай на повреда на лампата.
Илюстрация на радиация, гледана отгоре:
За разлика от живачните лампи с ниско налягане, светодиодите могат да се използват за облъчване само на целевия елемент с ултравиолетова светлина, тъй като техните конфигурации и позиции могат да бъдат точно избрани и променени, както е показано на снимката на облъчване по-горе. От друга страна, живачните лампи с ниско налягане излъчват светлина във всички посоки, излагайки пространствата между отделните контейнери и гърба на лампите на допълнителна UV светлина.
Освен това, тъй като включването и изключването на живачните лампи с ниско налягане отнема много време, те трябва да бъдат постоянно включени. Светодиодите, от друга страна, осигуряват мигновено включване/изключване, което означава, че могат да се включват само когато е необходимо, потенциално намалявайки потреблението на енергия и емисиите на CO2.
В светлината на горепосочената информация, резултатите от сравнението между светодиоди и живачни лампи с ниско налягане са показани в следващата таблица.
Резултат от изследването
Входящата мощност, необходима за получаване на същия ефект на дезинфекция в реалните стойности в този пример за изследване, е 600 W и 312 W.
UV LED 434C на Nichia беше използван за тестване на излъчването и ефективността на светодиода.
Според Shikoku Electric Power CO., Inc., емисионният фактор на CO2 за FY2021 е 0,527t/MWh.
В сравнение със светодиодите, които имат ефективност от 5,4%, живачните лампи с ниско налягане имат по-висока ефективност от 22%. Светодиодите обаче могат да използват до 90% от UV радиацията, която генерират, докато живачните лампи с ниско налягане използват само 9%. Така, в сравнение с живачните лампи с ниско налягане, които се нуждаят от 600W електричество, за да осигурят същия дезинфекциращ ефект, светодиодите изискват 312W. Освен това светодиодите могат да се активират само когато е необходимо. Например, ако живачните лампи с ниско налягане се оставят включени 18 часа на ден, светодиодите могат да бъдат включени 14 часа. Ако приемем, че всяка лампа се използва в продължение на 300 дни, консумацията на енергия на живачните лампи с ниско налягане с 600 W входна мощност е 3,2 MWh годишно, докато светодиодите с 312 W входна мощност консумират 1,3 MWh годишно, намаление с 60%. Освен това емисиите на CO2 се изчисляват, като се използват емисии на CO2 от 0,527 тона на 1 MWh мощност. Светодиодите произвеждат 0,69 тона CO2 годишно в сравнение с 1,7 тона от живачните лампи с ниско налягане, което е 60% намаление.
Пътна карта
Резюме
Характеристиките на светодиодите, като тяхното високо използване на радиационен поток чрез селективно осветяване само на необходимите региони и техните възможности за мигновено включване/изключване, бяха използвани в този казус за постигане на забележителни предимства. Следователно Nichia може недвусмислено да покаже, че светодиодите могат да служат като технология за заместител на живачните лампи с ниско налягане.
Освен гореспоменатия пример, Nichia ще си сътрудничи със своите клиенти и партньори за създаване на проекти, които използват LED характеристики в други приложения за дезинфекция, като дезинфекция на въздух и вода. Nichia ще положи всички усилия, за да гарантира, че LED технологията ще замени живачните лампи с ниско налягане.
Освен това, както се посочва в пътната карта, производителността на UV LED се е подобрила значително през последните години. Технологичният прогрес е бърз поради синергичното въздействие на очакванията за развитие на светодиодите, произтичащи от екологичните ограничения и необходимостта от борба с инфекциозни заболявания. В някои случаи използването на светодиоди вместо живачни лампи с ниско налягане вече се осъществява чрез разработването на дизайн, който се възползва от възможностите на светодиодите. Според Nichia това, заедно с впечатляващото подобрение на основните характеристики на UV светодиодите, ще доведе до още по-голяма тенденция и UV светодиодите ще бъдат широко приети като заместител на живачните лампи с ниско налягане във всички приложения и области на дезинфекция. Следователно няма да има нужда от удължаване на освобождаването от RoHS след 2027 г.
В допълнение към работата за справяне с обществените проблеми, включително създаването на общество без живак и въглеродно неутрално общество, Nichia ще продължи да подобрява производителността на светодиодите.
