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Revisione sistematica sull'utilizzo della radiazione germicida ultravioletta nei sistemi HVAC - Parte I
Francesca Cattai - La Sapienza - Università di Roma
Annunziata D''Orazio, La Sapienza - Università di Roma
Con il rinnovato interesse per la qualità dell'aria indoor (IAQ) dovuta alla "Sick building syndrome" e alla recente pandemia da COVID-19, la disponibilità di componenti innovativi e di indicazioni avanzate per la manutenzione e per la progettazione della sicurezza sistemica assume un ruolo di rilievo, con i sistemi HVAC in prima linea. L'irradiazione UV-C è stata da tempo oggetto di ricerca, con alcune soluzioni applicative già conosciute. L'obiettivo di questo lavoro è fornire una panoramica dei risultati più recenti, relativi ai componenti innovativi dei sistemi HVAC che impiegano l'irradiazione UV-C, ed esaminare l'attuale stato dell'arte.
A tale scopo è stata adottata una procedura basata sulla dichiarazione PRISMA (Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses), utilizzando il database 'Scopus' per consultare la letteratura pertinente.
Nella revisione un totale di 65 pubblicazioni ha soddisfatto i criteri di inclusione: 29 articoli riguardano indagini sperimentali, 21 articoli sono dedicati ad analisi numeriche o teoriche, entrambi gli approcci sono stati utilizzati in 15 articoli.
Molte ricerche trattano di installazioni UVGI a soffitto, di unità di trattamento dell'aria (UTA) e di installazione in condotti.
Alcuni articoli analizzano dispositivi mobili.
Purtroppo, la valutazione della dose, o almeno dell'irradianza, è riportata in un numero limitato di articoli.
Questa carenza di informazioni rende il quadro attuale impreciso e non quantitativo. Questa prima parte descrive i risultati limitatamente alle indagini sperimentali.
La qualità dell'aria negli ambienti di vita e di lavoro riveste un'importanza fondamentale per la salute umana e animale. Il rischio di trasmissione aerea di infezioni risulta particolarmente significativo all'interno degli spazi chiusi, in quanto l'occupazione umana costituisce una delle principali fonti di bioaerosol e una cattiva gestione della qualità dell'ariainterna può favorire la diffusione di vari patogeni presenti nell'atmosfera.
In aggiunta, la resistenza agli antibiotici rappresenta un notevole ostacolo per la sicurezza sanitaria. In ragione di ciò, soprattutto durante la diffusione del SARS-CoV-2, sono stati condotti nuovi studi e ripresi vecchi risultati sull'utilizzo dell'azione antimicrobica della radiazione ultravioletta contro virus, batteri e funghi.
Le tecnologie basate sull'irradiazione germicida ultravioletta (UVGI) si stanno rivelando misure efficaci per la disinfezione dell'aria, dell'acqua e delle superfici al fine di prevenire la trasmissione di malattie [1].
L'utilizzo della radiazione ultravioletta-C (UV-C) (220 < ? < 280 nm) è stato dimostrato essere uno dei metodi più efficienti per inattivare una vasta gamma di microorganismi e virus, compreso il SARS-CoV-2. L'esposizione alla radiazione UV-C inattiva microorganismi come batteri, funghi, spore e virus principalmente grazie all'assorbimento della radiazione stessa da parte delle molecole nel nucleo cellulare, per cui viene alterata la struttura molecolare dei legami del DNA.
In particolare, il meccanismo primario di inattivazione si verifica quando l'assorbimento di un fotone porta alla formazione di dimeri di pirimidina adiacenti sulla stessa catena di DNA o RNA (i dimeri T-T sono più comuni nei batteri mentre i dimeri U-U sono più comuni nell'RNA dei virus) o alla formazione di un dimero con un singolo legame covalente, rendendo il microorganismo incapace di replicarsi.
Inoltre, possono essere creati legami covalenti tra proteine e DNA mediante foto-reticolazione, mentre la migrazione di pirimidine e la rottura dei filamenti di DNA/RNA sono eventi meno comuni che richiedono dosi molto elevate.
L'efficacia germicida degli UV dipende dal tempo di esposizione, dall'intensità, dalla lunghezza d'onda, dalle particelle protettive e dalla resistenza del microorganismo.
Per una costante densità di potenza UV (W/m2) di esposizione, il numero dei microorganismi diminuisce esponenzialmente nel tempo, seguendo diverse curve di sopravvivenza (tipicamente con forma a una o due code).
L'esposizione radiante (H0) in J/m2 è l'integrale dell'irradianza nel tempo, spesso chiamato fluenza o dose nella letteratura scientifica, e il valore di questo parametro richiesto per uccidere un numero di microorganismi dipende dalla sensibilità del microorganismo, "k", secondo gli standard CIE 155:2003 [2].
Il valore tipico di dose necessario per eliminare il 90% dei microrganismi varia, per la maggior parte di batteri e virus, da 2000 a 8000 .
La radiazione ultravioletta può essere impiegata per purificare l'aria negli spazi all'interno degli edifici sia attraverso l'installazione delle lampade nel sistema HVAC, soprattutto nei condotti o a monte o a valle di componenti per il trattamento dell'aria (come serpentine e sistemi di filtrazione), oppure direttamente nella stanza, mediante installazioni a parete e/o a soffitto o l'uso di dispositivi mobili.
Nel primo caso, si garantisce un maggiore controllo sulla dose UV e dunque sull'efficacia della tecnologia; per i dispositivi installati direttamente nella stanza, l'efficacia della tecnologia dipende strettamente dalla ventilazione presente, che possa garantire un'esposizione efficace dei microrganismi aerotrasportati alla radiazione.
Considerando il potenziale di questa tecnologia, e data l'ampia quantità di materiale pubblicato, l'obiettivo dello studio è stato quello di esaminare la letteratura scientifica pertinente sulla sua applicazione effettiva nel campo del condizionamento dell'aria e sulla sua efficacia nel prevenire la proliferazione di microorganismi sulle superfici dei componenti del sistema e nell'aria interna per diverse caratteristiche progettuali. Infatti, la proliferazione delle Unità Formanti Colonie (CFU) e la crescita del biofilm sui componenti possono non solo favorire la contaminazione dell'aria interna e delle superfici, ma anche portare al deterioramento di questi componenti, con un aumento della domanda energetica del sistema di condizionamento dell'aria.
Le informazioni ottenute da questo studio e dalla revisione dello stato dell'arte potrebbero contribuire a stabilire l'utilità della tecnologia, autonoma o complementare, basata sulla radiazione UV per ridurre la diffusione di malattie virali e batteriche, cercando di identificare configurazioni e sorgenti ottimali per un'efficace azione antimicrobica e la necessaria efficienza energetica.
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Nella revisione un totale di 65 pubblicazioni ha soddisfatto i criteri di inclusione: 29 articoli riguardano indagini sperimentali, 21 articoli sono dedicati ad analisi numeriche o teoriche, entrambi gli approcci sono stati utilizzati in 15 articoli.
Molte ricerche trattano di installazioni UVGI a soffitto, di unità di trattamento dell'aria (UTA) e di installazione in condotti.
Alcuni articoli analizzano dispositivi mobili.
Purtroppo, la valutazione della dose, o almeno dell'irradianza, è riportata in un numero limitato di articoli.
Questa carenza di informazioni rende il quadro attuale impreciso e non quantitativo. Questa prima parte descrive i risultati limitatamente alle indagini sperimentali.
La qualità dell'aria negli ambienti di vita e di lavoro riveste un'importanza fondamentale per la salute umana e animale. Il rischio di trasmissione aerea di infezioni risulta particolarmente significativo all'interno degli spazi chiusi, in quanto l'occupazione umana costituisce una delle principali fonti di bioaerosol e una cattiva gestione della qualità dell'ariainterna può favorire la diffusione di vari patogeni presenti nell'atmosfera.
In aggiunta, la resistenza agli antibiotici rappresenta un notevole ostacolo per la sicurezza sanitaria. In ragione di ciò, soprattutto durante la diffusione del SARS-CoV-2, sono stati condotti nuovi studi e ripresi vecchi risultati sull'utilizzo dell'azione antimicrobica della radiazione ultravioletta contro virus, batteri e funghi.
Le tecnologie basate sull'irradiazione germicida ultravioletta (UVGI) si stanno rivelando misure efficaci per la disinfezione dell'aria, dell'acqua e delle superfici al fine di prevenire la trasmissione di malattie [1].
L'utilizzo della radiazione ultravioletta-C (UV-C) (220 < ? < 280 nm) è stato dimostrato essere uno dei metodi più efficienti per inattivare una vasta gamma di microorganismi e virus, compreso il SARS-CoV-2. L'esposizione alla radiazione UV-C inattiva microorganismi come batteri, funghi, spore e virus principalmente grazie all'assorbimento della radiazione stessa da parte delle molecole nel nucleo cellulare, per cui viene alterata la struttura molecolare dei legami del DNA.
In particolare, il meccanismo primario di inattivazione si verifica quando l'assorbimento di un fotone porta alla formazione di dimeri di pirimidina adiacenti sulla stessa catena di DNA o RNA (i dimeri T-T sono più comuni nei batteri mentre i dimeri U-U sono più comuni nell'RNA dei virus) o alla formazione di un dimero con un singolo legame covalente, rendendo il microorganismo incapace di replicarsi.
Inoltre, possono essere creati legami covalenti tra proteine e DNA mediante foto-reticolazione, mentre la migrazione di pirimidine e la rottura dei filamenti di DNA/RNA sono eventi meno comuni che richiedono dosi molto elevate.
L'efficacia germicida degli UV dipende dal tempo di esposizione, dall'intensità, dalla lunghezza d'onda, dalle particelle protettive e dalla resistenza del microorganismo.
Per una costante densità di potenza UV (W/m2) di esposizione, il numero dei microorganismi diminuisce esponenzialmente nel tempo, seguendo diverse curve di sopravvivenza (tipicamente con forma a una o due code).
L'esposizione radiante (H0) in J/m2 è l'integrale dell'irradianza nel tempo, spesso chiamato fluenza o dose nella letteratura scientifica, e il valore di questo parametro richiesto per uccidere un numero di microorganismi dipende dalla sensibilità del microorganismo, "k", secondo gli standard CIE 155:2003 [2].
Il valore tipico di dose necessario per eliminare il 90% dei microrganismi varia, per la maggior parte di batteri e virus, da 2000 a 8000 .
La radiazione ultravioletta può essere impiegata per purificare l'aria negli spazi all'interno degli edifici sia attraverso l'installazione delle lampade nel sistema HVAC, soprattutto nei condotti o a monte o a valle di componenti per il trattamento dell'aria (come serpentine e sistemi di filtrazione), oppure direttamente nella stanza, mediante installazioni a parete e/o a soffitto o l'uso di dispositivi mobili.
Nel primo caso, si garantisce un maggiore controllo sulla dose UV e dunque sull'efficacia della tecnologia; per i dispositivi installati direttamente nella stanza, l'efficacia della tecnologia dipende strettamente dalla ventilazione presente, che possa garantire un'esposizione efficace dei microrganismi aerotrasportati alla radiazione.
Considerando il potenziale di questa tecnologia, e data l'ampia quantità di materiale pubblicato, l'obiettivo dello studio è stato quello di esaminare la letteratura scientifica pertinente sulla sua applicazione effettiva nel campo del condizionamento dell'aria e sulla sua efficacia nel prevenire la proliferazione di microorganismi sulle superfici dei componenti del sistema e nell'aria interna per diverse caratteristiche progettuali. Infatti, la proliferazione delle Unità Formanti Colonie (CFU) e la crescita del biofilm sui componenti possono non solo favorire la contaminazione dell'aria interna e delle superfici, ma anche portare al deterioramento di questi componenti, con un aumento della domanda energetica del sistema di condizionamento dell'aria.
Le informazioni ottenute da questo studio e dalla revisione dello stato dell'arte potrebbero contribuire a stabilire l'utilità della tecnologia, autonoma o complementare, basata sulla radiazione UV per ridurre la diffusione di malattie virali e batteriche, cercando di identificare configurazioni e sorgenti ottimali per un'efficace azione antimicrobica e la necessaria efficienza energetica.
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Fonte: La Termotecnica Aprile 2024
Settori: Ambiente, Analisi, abbattimento e Controllo emissioni, Aria, Climatizzazione, HVAC, Inquinamento, Riscaldamento, Termotecnica industriale, Trattamento aria, Ventilazione
Mercati: Aria e Gas, Inquinamento
