С момента открытия бактерицидной эффективности УФ-излучения в 1901 году ультрафиолетовая дезинфекция в основном проводилась с использованием ртутных ламп низкого давления.
Ртуть присутствует в ртутных лампах низкого давления, что вызывает опасения по поводу загрязнения окружающей среды. Ожидается, что светодиоды, как и замена люминесцентных ламп светодиодами, станут экологически безопасной альтернативной технологией. Эффективность УФ-светодиодов сейчас ниже, чем у ртутных ламп низкого давления, несмотря на их быстрое ежегодное усовершенствование. Поскольку не было разработано альтернативной технологии, ртутные лампы низкого давления исключены из Директивы RoHS для особых применений до 24 февраля 2027 г. (пункт 4(a)). Если будет доказано, что после 2027 года не будет доступной альтернативной технологии, это исключение может быть продлено. Действительно ли требуется расширение? По словам Nichia, некоторые приложения могут использовать светодиоды прямо сейчас, и почти все приложения смогут сделать это к февралю 2027 года.
Здесь Nichia представляет реальный пример, когда УФ-светодиоды исследуются в качестве дезинфекционной альтернативы ртутным лампам низкого давления.
Дезинфекция поверхностей с использованием ртутных ламп низкого давления → Примеры внедрения светодиодов
Дезинфекция поверхностей, дезинфекция воздуха с помощью очистителей, а также дезинфекция воды и канализации включены в область УФ-дезинфекции с использованием ртутных ламп низкого давления. Очистка оборудования и емкостей пищевой промышленности является распространенным примером дезинфекции поверхностей. На предприятиях пищевой промышленности контейнеры наполняются продуктами после воздействия ультрафиолета, чтобы продезинфицировать внутреннюю часть и предотвратить рост и загрязнение продуктов микробами.
Иллюстрация пищевых контейнеров, подвергшихся воздействию УФ-излучения:
Ртутные лампы низкого давления излучают ультрафиолетовый свет сверху контейнеров для одновременной дезинфекции внутренней части многих пищевых контейнеров. Поэтому плавленый кварц необходимо использовать для покрытия ртутных ламп низкого давления, чтобы предотвратить загрязнение ртутью и разрушение стекла в случае выхода лампы из строя.
Иллюстрация радиации сверху:
В отличие от ртутных ламп низкого давления, светодиоды можно использовать для облучения ультрафиолетовым светом только целевого объекта, поскольку их конфигурации и положения можно точно выбирать и изменять, как показано на рисунке облучения выше. С другой стороны, ртутные лампы низкого давления излучают свет во всех направлениях, подвергая пространства между отдельными контейнерами и задней частью ламп дополнительному ультрафиолетовому излучению.
Кроме того, поскольку ртутным лампам низкого давления требуется много времени для включения и выключения, их необходимо постоянно держать включенными. Светодиоды, с другой стороны, обеспечивают мгновенное включение/выключение, что означает, что их можно включать только при необходимости, что потенциально снижает потребление энергии и выбросы CO2.
С учетом вышеизложенного результаты сравнения светодиодов и ртутных ламп низкого давления представлены в следующей таблице.
Результат исследования
Входная мощность, необходимая для достижения того же эффекта дезинфекции в реальных значениях в этом примере исследования, составляет 600 Вт и 312 Вт.
УФ-светодиод Nichia 434C использовался для проверки яркости и эффективности светодиода.
По данным Shikoku Electric Power CO., Inc., коэффициент выбросов CO2 на 2021 финансовый год составляет 0,527 т/МВтч.
По сравнению со светодиодами, которые имеют КПД 5,4%, ртутные лампы низкого давления имеют больший КПД — 22%. Однако светодиоды могут использовать до 90% генерируемого ими УФ-излучения, тогда как ртутные лампы низкого давления используют только 9%. Таким образом, по сравнению с ртутными лампами низкого давления, которым для обеспечения такого же дезинфицирующего эффекта требуется 600 Вт электроэнергии, светодиодам требуется 312 Вт. Кроме того, светодиоды можно активировать только при необходимости. Например, если ртутные лампы низкого давления оставлять включенными по 18 часов в сутки, светодиоды могут включаться на 14 часов. Если предположить, что каждая лампа используется в течение 300 дней, то энергопотребление ртутных ламп низкого давления с входной мощностью 600 Вт составит 3,2 МВтч в год, тогда как светодиоды с входной мощностью 312 Вт потребляют 1,3 МВтч в год, что составляет снижение на 60%. Кроме того, выбросы CO2 рассчитываются с использованием выбросов CO2, составляющих 0,527 тонны на 1 МВтч электроэнергии. Светодиоды производят 0,69 тонны CO2 в год по сравнению с 1,7 тоннами ртутных ламп низкого давления, что на 60% меньше.
Дорожная карта
Краткое содержание
Характеристики светодиодов, такие как их высокое использование лучистого потока за счет избирательного освещения только необходимых областей и их возможность мгновенного включения/выключения, были использованы в этом тематическом исследовании для достижения заметных преимуществ. Таким образом, Nichia может однозначно показать, что светодиоды могут служить заменой ртутных ламп низкого давления.
Помимо вышеупомянутого примера, Nichia будет сотрудничать со своими клиентами и партнерами для создания конструкций, в которых характеристики светодиодов будут использоваться в других приложениях дезинфекции, таких как дезинфекция воздуха и воды. Nichia приложит все усилия, чтобы светодиодная технология заменила ртутные лампы низкого давления.
Кроме того, как указано в дорожной карте, за последние годы характеристики УФ-светодиодов значительно улучшились. Технологический прогресс происходит быстро из-за синергетического воздействия ожиданий развития светодиодов, вызванных экологическими ограничениями и необходимостью борьбы с инфекционными заболеваниями. В некоторых случаях использование светодиодов вместо ртутных ламп низкого давления уже осуществляется путем разработки конструкции, максимально использующей возможности светодиодов. По словам Ничиа, это, вместе с впечатляющим улучшением фундаментальных характеристик УФ-светодиодов, приведет к еще большей тенденции, и УФ-светодиоды получат широкое признание в качестве замены ртутных ламп низкого давления во всех приложениях и областях дезинфекции. Следовательно, не будет необходимости продлевать освобождение от RoHS после 2027 года.
Помимо работы над решением социальных проблем, включая создание общества, свободного от ртути и углеродно-нейтрального, Nichia продолжит повышать эффективность светодиодов.
