Čistička vzduchu Soluva s ultrafialovým žiarením UV-C dokáže zničiť 99,99 percenta koronavírusov. Pri jej konštrukcii využili špičkovú simuláciu prúdenia aerosólu od spoločnosti Siemens.
Autor: Prashanth Shankara Shastrigal
Foto: Heraeus Noblelight
Globálna pandémia Covid-19 zasiahla do životov každého z nás a s koronavírusom sme bojovali na viacerých frontoch. Kým lekári a zdravotníci zápasili v prvej línii, iní experti riešili mnoho ďalších otázok. Napríklad – ako minimalizovať prenos vírusov prenášaných vzduchom v interiéroch a vytvoriť tak bezpečné prostredie vo vnútorných priestoroch.
Tak vznikla aj UV (ultrafialová) čistička vzduchu Soluva, ktorá v uzavretej miestnosti zlikviduje 99,99 percenta koronavírusov SARS-CoV-2. Za svoju vysokú účinnosť vďačí digitálnym simulačným nástrojom Simcenter z portfólia Xcelerator spoločnosti Siemens.
Srdce zabijaka
Čističku Soluvy vyvinula nemecká rodinná firma Heraeus Noblelight. Jej tradícia siaha až do roku 1660, keď Isaac Heraeus otvoril svoju prvú lekáreň v Hannau-Neustadt. Dnes je svetovým výrobcom lámp, žiaričov a dezinfekčných prostriedkov. Svetlo rôznych vlnových dĺžok – či už UV, infračervené alebo viditeľné – je základom všetkých jej prístrojov. Keď Covid-19 zasiahol Európu, v Heraeus Noblelight okamžite vedeli, že ich odbornosť v oblasti ultrafialového žiarenia môže pomôcť. Otázka znela ako?
„UV svetlo sa používa na ničenie baktérií a vírusov od roku 1896, keď nositeľ Nobelovej ceny Niels Finsen objavil tento fenomén,“ hovorí Larisa von Riewel, vedúca skupiny Computer Aided Engineering (CAE) v Heraeus Noblelight. „Vedeli sme, že ak chceme zabrániť prenosu Covid-19 v interiéri, budeme potrebovať principiálne nové zariadenie – vírus musíme zlikvidovať žiarením UV-C“.
UV-C žiarenie s vlnovou dĺžkou 200 až 280 nm je špeciálny zabijak – zo Slnka na rozdiel od UV-A a UV-B nikdy neprenikne atmosférou na zemský povrch. To je dôvod, prečo umelo vyrobené UV-C žiarenie mimoriadne účinne ničí vírusy a ich štruktúru. A práve UV-C svetlo s vlnovou dĺžkou 254 nm je srdcom čistiaceho zariadenia Soluva.
Simulácia pre bezpečnosť
Na vývoji zariadenia pracoval tím šesťdesiatich inžinierov, konštruktérov a expertov na simuláciu. „Najväčšou výzvou bola bezpečnosť. UV-C žiarenie je škodlivé aj pre ľudí, takže lampa musela byť ukrytá vo vnútri zariadenia,“ vysvetľuje Dörte Eggers, simulačný inžinier z Heraeus Noblelight. „Ventilátor nasáva vzduch z jednej strany a UV-C žiarenie zabije vírus skôr, ako vzduch prúdi von. Musí byť v systéme dostatočne dlho na to, aby dávka UV-C vírus naozaj zabila, ak by vytiekol príliš skoro, vírus by zostal aktívny.“
Navrhnúť bezpečné a efektívne zariadenie pomohla simulácia dynamiky tekutín (CFD). Využíva sa na virtuálne modelovanie tekutých, tepelných a iných charakteristík mnohých produktov, či už automobilov, lietadiel, lodí, ale napríklad aj novorodeneckých inkubátorov. Tím v Heraeus Noblelight použil Simcenter STAR-CCM+ spoločnosti Siemens so simulačným softvérom Multiphysics CFD. Poslúžil na optimalizáciu výkonu zariadenia a analýzu prúdenia vzduchu a prenosu kvapiek pri použití UV-C čističky.
Simulácie kvapky kašľa
„Simulácia CFD so softvérom Simcenter STAR-CCM+ bola základom vývoja čističky. Pomohla nám nájsť najlepší dizajn krytu a ventilátora, simulovať výkon pre rôzne miestnosti a pôdorysy stien, optimalizovať hladinu hluku a zabezpečiť, aby vzduch a častice zostali v systéme dostatočne dlho,“ hovorí Larisa von Riewel. „Vďaka precíznej simulácii sme ušetrili mnoho výrobných krokov a čističku Soluva sme od prvého nápadu dokázali uviesť do výroby za šesť mesiacov.“
Súčasťou testov bola dokonca simulácia kvapky kašľa od infikovanej osoby v kancelárii a v školskej triede. „Modelovanie kašľa bolo pre nás novou výzvou,“ spomína Larisa von Riewel. „Siemens nám však pomohol a sprostredkoval pre nás webseminár s expertami spoločnosti Airbus o výskume modelovania kašľa. Poslúžil nám na výpočet pravdepodobnosti prenosu v miestnosti.“
Dezinfekcia za pár minút
Skutočným „testom“ virtuálneho dizajnu však bola samotná fyzická prevádzka. Soluvu testovali v troch experimentálnych zariadeniach: v Univerzite Tübingen, v ústave Hygienic Institute biotec a vo Frauenhoferom inštitúte.
Testy s použitím náhradných látok aj skutočného vírusu potvrdili výnimočnú účinnosť UV-C zariadenia. Za päť až šesť minút Soluva zlikvidovala 99,99 percenta vírusov v prázdnej miestnosti a nezistili sa pritom žiadne zvyšky škodlivého ozónu.
Čističku možno nainštalovať a spustiť do dvoch hodín. V máji roku 2021 v nemeckom Hanau, sídelnom meste spoločnosti Heraeus Noblelight, použili Soluvu vo svojich autobusoch verejnej dopravy. Pri inštalácii využili softvér Simcenter FLOEFD na rýchlu analýzu prúdenia vzduchu v autobusoch. Postupne pribudli ručné, nástenné a stropné varianty čističky, ktoré našli uplatnenie pri dezinfekcii interiérov vo verejnej doprave, nemocniciach, školách, športových halách, reštauráciách i úradoch.
Simulácie boli časovo náročné a potrebovali obrovský výpočtový výkon. Tím zo Siemensu nám poskytol skúšobné licencie Power na dva mesiace, aby sme urýchlili výsledky.
Dörte Eggers, inžinierka simulácie, Heraeus Noblelight
Simulácia CFD od Simcenter STAR-CCM+ zobrazujúca kvapky kašľa od infikovanej osoby, ktorú Soluva odstraňuje. UV-C čistička vzduchu od Heraeus Noblelight zabije 99,99 % koronavírusu v miestnosti.
https://new.siemens.com/global/en/company/stories/industry/2021/industrial-lighting-coronavirus-covid-19-cfd-simulation-computational-fluid-dynamics-air-purifier-uv-c-purifier-heraeus-noblelight.html
Výsledky z CFD simulácie Soluva pri analýze času, potrebného na ožarovanie aerosólu v zariadení. Tím v Heraeus Noblelight použil Simcenter STAR-CCM+,
UV-C čistička vzduchu Soluva zabije 99,99 percenta koronavírusu v miestnosti.
Simulácia CFD pomohla analyzovať prúdenie vzduchu v interiéri autobusu verejnej dopravy.
