Un nouveau chapitre dans leUn nouveau chapitre dans le

HANDBOOK ASHRAE HANDBOOK ASHRAE --20082008 : :

ChapterChapter 16 : 16 : «« Ultraviolet Ultraviolet LampLamp Systems Systems »

Présenté par: Normand Brais Ing., Ph.D.

Président, SANUVOX TECHNOLOGIES Inc.

CONTENUCONTENU

A.A. Sommaire du chapitre 16 de l’Édition 2008Sommaire du chapitre 16 de l’Édition 2008

B.B. Publications: résultats d’étudesPublications: résultats d’études

1.ASHRAE HANDBOOK 2008 : 1.ASHRAE HANDBOOK 2008 : ChapterChapter 16 : «16 : « Ultraviolet Ultraviolet LampLamp Systems Systems »

1. Introduction1. Introduction

2. Principes de bases des UV Germicides2. Principes de bases des UV Germicides

a.a. Effet de la dose UV sur le taux de Effet de la dose UV sur le taux de désinfectiondésinfection

b.b. Susceptibilité des microbes aux UVSusceptibilité des microbes aux UV

3 . Les type de lampes UV et les ballasts3 . Les type de lampes UV et les ballasts

a.a. Types de lampes UVTypes de lampes UVb.b. Les ballastsLes ballastsc.c. Effet de la température ambiante sur les Effet de la température ambiante sur les

lampeslampesd.d. Vieillissement des lampes UVVieillissement des lampes UVe.e. Puissance radiante des lampes UVPuissance radiante des lampes UV

4. Guide d’applications4. Guide d’applications

a.a. Désinfection des serpentinsDésinfection des serpentinsb.b. Désinfection de l’airDésinfection de l’airc.c. Irradiation directe des plafondsIrradiation directe des plafondsd.d. Effets des UV sur les plastiquesEffets des UV sur les plastiques

5. Entretien des systèmes UV5. Entretien des systèmes UV

a.a. Remplacement des lampes UVRemplacement des lampes UVb.b. Disposition des lampesDisposition des lampesc.c. Inspection visuelleInspection visuelled.d. SécuritéSécurité

IntroductionIntroduction

�� 1861 1861 -- Louis Pasteur : Infections et VaccinsLouis Pasteur : Infections et Vaccins

«« DansDans les champs de les champs de l'observationl'observation, le , le hasardhasard ne ne favorisefavorise queque les les espritsesprits préparéspréparés ». ».

�� 1910 Marseille: 1910 Marseille: DésinfectionDésinfection UV de UV de l’eaul’eau potablepotable

�� 1953 1953 -- Watson et CrickWatson et Crick : : découvertedécouverte de l’ ADNde l’ ADN

�� 2003 2003 –– ÉtudeÉtude de McGillde McGill publiéepubliée dansdans Lancet Medical JournalLancet Medical Journal

CHEMINEMENT CHEMINEMENT

�� Mai 2005: début avec W. Kowalski sous «Mai 2005: début avec W. Kowalski sous « IUVAIUVA »»

�� Juin 2005: formation du comité Juin 2005: formation du comité (TG)2.UVAS(TG)2.UVAS (Ultraviolet Air (Ultraviolet Air andand Surface Surface TreatmentTreatment)) à la à la conférence ASHRAE de Denver conférence ASHRAE de Denver

�� Première esquisse du chapitre complétée en Première esquisse du chapitre complétée en Février 2007Février 2007

�� Proposé complété en Juillet 2007 et présenté à Proposé complété en Juillet 2007 et présenté à ASHRAE en Octobre 2007ASHRAE en Octobre 2007

�� Publication in Juin 2008 «Publication in Juin 2008 « AC AC handbookhandbook »»

1) 1) IntroductionIntroduction

�� UVUV--AA (400(400--315 nm) Éblouissement et Bronzage315 nm) Éblouissement et Bronzage

�� UVUV--BB (315(315--280 nm) Bronzage et coups de soleil280 nm) Bronzage et coups de soleil

�� UVUV--CC (280(280--200 nm) Germicide200 nm) Germicide

�� UVUV--VV (200(200--30 nm) 30 nm) V = V = Vacuum :Vacuum : OO22 �� OO33

EfficacitéEfficacité GermicideGermicide

0 . 0

0 . 2

0 . 4

0 . 6

0 . 8

1. 0

2 2 0 2 4 0 2 6 0 2 8 0 3 0 0 3 2 0

W a v e le ng t h - nano me t e rs

D IN

IES N A

2.Principes de base des 2.Principes de base des UV GermicidesUV Germicides

Dose UVC = intensité x tempsDose UVC = intensité x temps(watt/m(watt/m22)) (sec)(sec)

(= joule/ m(= joule/ m22 ))

Effet des UVC:Effet des UVC: Altération de l’ADN Altération de l’ADN Résultat: Résultat: StérilisationStérilisation

2. Principes de base des 2. Principes de base des UV GermicidesUV Germicides

NNtt/N/N00 = exp(= exp(-- k k EffEff ��∆t∆t ) = exp( ) = exp( -- k�Dosek�Dose))

WhereWhereNN00== the number of microorganisms at the start,the number of microorganisms at the start,NNtt == the number of microorganisms after any time the number of microorganisms after any time ∆t∆t,,NNtt/N/N00 = the fraction of microorganisms surviving,= the fraction of microorganisms surviving,K = a microorganismK = a microorganism--dependent rate constant, cm2/µW dependent rate constant, cm2/µW –– s,s,EffEff= the effective (germicidal) irradiance received by the = the effective (germicidal) irradiance received by the

microorganism, microorganism, in µW/cm2in µW/cm2DoseDose = = EffEff ��∆t∆t, in µW � s/cm2. , in µW � s/cm2.

Susceptibilité des microbes aux UVCSusceptibilité des microbes aux UVC

Organism Group Member of Group

Staphylococcus aureus

Streptococcus pyogenes

Escherichia coli

Pseudomonas aeruginosa

Vegetative Bacteria

Serratia marcescens

Mycobacterium tuberculosis

Mycobacterium bovis

Mycobacteria

Mycobacterium leprae

Bacillus anthracis

Bacillus cereus

Bacterial Spore

Bacillus subtilis

Aspergillus versicolor

Penicillium chrysogenum

Fungal Spores

Stachybotrys chartarum

Vegetative bacteria

Mycobacteria

Bacterial spores

Fungal Spores

Most Susceptible

Least Susceptible

Figure 2. General ranking of suceptibility to UVC in activation of microorganisms by group.

Disinfect Dose k,( ) 1 eDose− k⋅−:=

10 100 1 .103 1 .104 1 .1050

20

40

60

80

100%DISINFECTION RATE -vs- UV DOSE

Disinfect Dose k smallpox,( )%

Disinfect Dose k influenza,( )%

Disinfect Dose k TB,( )%

Disinfect Dose k anthrax,( )%

Disinfect Dose k Aspergillus,( )%

Dose

µµµµJ

cm2

3 . Les types de lampes UV et les ballasts3 . Les types de lampes UV et les ballasts

Les lampes UVLes lampes UV

�� Tube de QUARTZ Tube de QUARTZ contenantcontenant GazGaz raresrares ((ArAr--NeNe) ) et et MercureMercure (~ 5 mg )(~ 5 mg )

�� AtomesAtomes Hg Hg excitéexcité émettentémettent 85% à 253.7 nm85% à 253.7 nm

�� Tubes stdTubes std Dia.Dia.•• TT--1212 1.5 1.5 popo..•• TT--88 1.1 1.1 popo..•• TT--66 0.79 0.79 popo..•• TT--55 0.63 0.63 popo..

Types de lampes UVTypes de lampes UV

�� StandardStandard 425 425 mAmA

�� HighHigh--OutputOutput 800 à 1200 800 à 1200 mAmA

�� AmalgamAmalgam 1200 1200 mAmA

Types de Types de LampesLampes UVUV

�� CATHODES CATHODES froidesfroides•• AucuneAucune préchauffepréchauffe àà l’émissionl’émission des des électronsélectrons•• AllumageAllumage immédiatimmédiat soussous haute tensionhaute tension•• DuréeDurée de vie nonde vie non--affectéeaffectée par les par les arrêtsarrêts--départsdéparts•• ÉmetÉmet moinsmoins %UV %UV qu’unequ’une lampelampe à cathode à cathode chaudechaude•• ConsommeConsomme moinsmoins d’énergied’énergie qu’unequ’une cathode cathode chaudechaude•• DuréeDurée plus plus longuelongue et et doncdonc moinsmoins $ maintenance$ maintenance

�� CATHODES CATHODES chaudeschaudes•• PréchauffagePréchauffage des des électrodesélectrodes: : démarragedémarrage lentlent•• BaséeBasée sursur l’émissionl’émission thermothermo--ioniqueionique•• PermetPermet des des densitésdensités de puissance plus de puissance plus grandesgrandes

Effet de la température Effet de la température ambiante sur les lampesambiante sur les lampes

0

20

40

60

80

100

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Temperature ( °C)

UV

out

put (

in %

)

Effet de la température Effet de la température ambiante sur les lampesambiante sur les lampes

Windchill effect

100

150

200

250

300

0 150 300 450 600 750 900 1050

Air velocity ( ft. per min)

UV

Inte

nsity

(µ

W/c

m2

at 1

m)

TUV PLL 36W TUV PLL 60W HO

VieillissementVieillissement des des lampeslampes

�� Cathodes Cathodes chaudeschaudes = 6,000 à 13,000 hrs= 6,000 à 13,000 hrs

�� Cathodes Cathodes froidesfroides = 20,000 hrs= 20,000 hrs

�� Output UV en fin de vie : 50% à 85%Output UV en fin de vie : 50% à 85%

�� DuréeDurée de vie “de vie “électriqueélectrique” >> UV utile” >> UV utile

Puissance radiantePuissance radianted’une lampe UV d’une lampe UV

BallastBallast

�� Haut voltage pour Haut voltage pour l’allumagel’allumage

�� RRéégulateurgulateur de courantde courant

�� Magnétique ou ÉlectroniqueMagnétique ou Électronique

�� Spécifié par le manufacturier de Spécifié par le manufacturier de lampes UV lampes UV

4. Guide d’applications4. Guide d’applicationsa. Désinfection des serpentinsa. Désinfection des serpentins

•Élimination des bio-contaminants sur les serpentins

•Moins de pertes de pression et meilleur transfert de chaleur: économie d’énergie et payback

•Effets sur la santé des occupants

a. Désinfection des serpentinsa. Désinfection des serpentins

ExempleExemple : : SerpentinSerpentin 240” large x 120” haut240” large x 120” haut

0 50 100 150 2000

50

100

COIL WIDTH (inches)

CO

IL H

EIG

HT

(in

ches

)

COIL surface UV IRRADIATION Intensity in µµµµ W/cm2

UViso

Minimum UV Irradiation Intensity Min_COIL UV 495µµµµ W

cm2

=

AVERAGE UV Irradiation Intensity AVG_COIL UV 1217µµµµ W

cm2

=

Maximum UV Irradiation Intensity Max_COIL UV 2054µµµµ W

cm2

=

Bio-Contaminant (Ref. ASPERGILLUS) Survival time in Minutes

99% Disinfection

SURViso

Minimum Survival Time Min_TIME 5 min=

AVERAGE SURVIVAL TIME ( < 30 min) AVG_TIME 10 min=

Maximum survival Time ( < 60 min) Max_TIME 22 min=

Coil WidthCoil Height

Up to 50 1-1.40 1-1.40 1-1.40 1-1.60 1-1.60 1-1.60 1-2.40 1-2.40 1-2.60 1-2.60 1-2.60 1-2.60

60 1-1.40 1-1.40 1-1.40 1-1.60 1-1.60 1-1.60 1-2.40 1-2.40 1-2.60 1-2.60 1-2.60 1-2.60

70 1-1.40 1-1.40 1-1.40 1-1.60 1-1.60 1-1.60 1-2.40 1-2.40 1-2.60 1-2.60 1-2.60 1-2.60

80 2-1.40 2-1.40 2-1.40 2-1.60 2-1.60 2-1.60 2-2.40 2-2.40 2-2.60 2-2.60 2-2.60 2-2.60 2-3.60 2-3.60

90 2-1.40 2-1.40 2-1.40 2-1.60 2-1.60 2-1.60 2-2.40 2-2.40 2-2.60 2-2.60 2-2.60 2-2.60 2-3.60 2-3.60

100 2-1.40 2-1.40 2-1.40 2-1.60 2-1.60 2-1.60 2-2.40 2-2.40 2-2.60 2-2.60 2-2.60 2-2.60 2-3.60 2-3.60

120 2-1.40 2-1.40 2-.140 2-1.60 2-1.60 2-1.60 2-2.40 2-2.40 2-2.60 2-2.60 2-2.60 2-2.60 2-3.60 2-3.60

140 2-1.40 2-1.60 2-1.60 2-1.60 2-2.40 2-2.40 2-2.60 2-2.60 2-2.60 2-2.60 2-3.60 2-3.60

160 3-1.60 3-1.60 3-1.60 3-2.40 3-2.40 3-2.60 3-2.60 3-2.60 3-2.60 3-3.60 3-3.60

180 3-1.60 3-1.60 3-2.40 3-2.40 3-2.60 3-2.60 3-2.60 3-2.60 3-3.60 3-3.60

200 3-1.60 3-2.40 3-2.40 3-2.60 3-2.60 3-2.60 3-2.60 3-3.60 3-3.60

220 4-2.40 4-2.40 4-2.60 4-2.60 4-2.60 4-2.60 4-3.60 4-3.60

240 4-2.40 4-2.60 4-2.60 4-2.60 4-2.60 4-3.60 4-3.60

Coil WidthCoil Height

Up to 50 2-1.40 2-1.40 2-1.40 2-1.60 2-1.60 2-1.60 2-2.40 2-2.40 2-2.60 2-2.60 2-2.60 2-2.60 2-3.60 2-3.60

60 2-1.40 2-1.40 2-1.40 2-1.60 2-1.60 2-1.60 2-2.40 2-2.40 2-2.60 2-2.60 2-2.60 2-2.60 2-3.60 2-3.60

70 2-1.40 2-1.40 2-1.40 2-1.60 2-1.60 2-1.60 2-2.40 2-2.40 2-2.60 2-2.60 2-2.60 2-2.60 2-3.60 2-3.60

80 3-1.40 3-1.40 3-1.40 3-1.60 3-1.60 3-1.60 3-2.40 3-2.40 3-2.60 3-2.60 3-2.60 3-2.60 3-3.60 3-3.60

90 3-1.40 3-1.40 3-1.40 3-1.60 3-1.60 3-1.60 3-2.40 3-2.40 3-2.60 3-2.60 3-2.60 3-2.60 3-3.60 3-3.60

100 3-1.40 3-1.40 3-1.40 3-1.60 3-1.60 3-1.60 3-2.40 3-2.40 3-2.60 3-2.60 3-2.60 3-2.60 3-3.60 3-3.60

120 4-1.40 4-1.40 4-1.40 4-1.60 4-1.60 4-1.60 4-2.40 4-2.40 4-2.60 4-2.60 4-2.60 4-2.60 4-3.60 4-3.60

140 4-1.40 4-1.40 4-1.40 4-1.60 4-1.60 4-1.60 4-2.40 4-2.40 4-2.60 4-2.60 4-2.60 4-2.60 4-3.60 4-3.60

160 5-1.60 5-1.60 5-1.60 5-2.40 5-2.40 5-2.60 5-2.60 5-2.60 5-2.60 5-3.60 5-3.60

180 5-1.60 5-1.60 5-2.40 5-2.40 5-2.60 5-2.60 5-2.60 5-2.60 5-3.60 5-3.60

200 5-1.60 5-2.40 5-2.40 5-2.60 5-2.60 5-2.60 5-2.60 5-3.60 5-3.60

220 6-2.40 6-2.40 6-2.60 6-2.60 6-2.60 6-2.60 6-3.60 6-3.60

240 6-2.40 6-2.60 6-2.60 6-2.60 6-2.60 6-3.60 6-3.60

24022090 100 120 14050 60

Number of Rows; Number of Lamps; Length of Lamp

Number of Rows; Number of Lamps; Length of Lamp

240

160 180 20070 80

160 180 200 22090 100 120 14050 60 70 8040

UV Lamps installed UPSTREAM of the COIL

UV Lamps installed DOWNSTREAM of the COIL

40

Lampes UV en AMONT ou en AVAL des serpentinsLampes UV en AMONT ou en AVAL des serpentins

Table 2: Location of UVC fixtures relative to the c oil

Location Pro Con

More space to install fixtures Lamp and fixture must be rated for damp location

Allows the fixtures to better irradiate the surface where the condensation is

highest.

Lamp cooling effects may reduce UV output, or require wind chill

corrected or more lamps, and fixtures for a given result.

Downstream

Allows fixtures to irradiate the generally most contaminated part of

the coil and drain pan.

Lamps subjected to fouling. May require periodic cleaning to maintain

efficiency.

Lamp and fixture will be subjected to less moisture and less fouling.

May not have enough space to install fixtures.

It may be the only location to apply the fixtures.

May initially take longer to clean the coil and may not disinfect the drain

pan.

Upstream

Less lamps and fixtures may be needed than on the downstream side.

4. Guide d’applications4. Guide d’applicationsb. Désinfection de l’Airb. Désinfection de l’Air

1) Lampes Perpendiculaires 1) Lampes Perpendiculaires à l’écoulementà l’écoulement

2) Lampes Parallèles à 2) Lampes Parallèles à l’écoulement l’écoulement

DésinfectionDésinfection de de l’AIRl’AIR

Bird’s Eye Example Bird’s Eye Example –– The longer the Air is in contact with The longer the Air is in contact with

the UV,the greater the UV dosage the contaminants receivethe UV,the greater the UV dosage the contaminants receive

DOSE UV = Intensité

xtemps

Irradiation UV de Irradiation UV de l’Airl’Air

UVisoUViso

Coefficients de Coefficients de réflectionréflection UVUVMaterial % Reflectance* Galvanized 57 Aluminum, e tched 88 Aluminum foil 73 Magnes ium Oxide 75 Chromium 45 Nickel 38 Sta inles s Stee l 20-30 Silve r 22 Tin-pla ted s tee l 28 Aluminum pa int 40-75 White wall plas ter 40-60 White paper 25 White cotton 30 White wate r pa int 10-35 White oil pa ints 5-10 White porce la in enamel 5 Glass 4 Typica l duct line r 0-1

c. c. Irradiation directe des plafondsIrradiation directe des plafonds

Effets des UVC sur les plastiquesEffets des UVC sur les plastiques

�� DéDé--polymérisationpolymérisation des plastiquesdes plastiques

�� Protection avec revêtement d’ aluminiumProtection avec revêtement d’ aluminium

5. Entretien des systèmes UV5. Entretien des systèmes UVa. Remplacement des lampes UVa. Remplacement des lampes UV

Suivre les spécifications des manufacturiers

Critère : Output UV et non fonctionnement

Durée de vie > > Output UV efficace

5. Entretien des systèmes UV5. Entretien des systèmes UVb. Disposition des lampesb. Disposition des lampes

c. Inspection visuellec. Inspection visuelle

-- Disposition similaire aux fluorescentsDisposition similaire aux fluorescents

-- Inspection, nettoyage à l’alcoolInspection, nettoyage à l’alcool

-- Détection UV avertissant le besoin de Détection UV avertissant le besoin de remplacement remplacement

5. Entretien des systèmes UV5. Entretien des systèmes UVd. Sécuritéd. Sécurité

Effet sur les YEUXEffet sur les YEUX

PhotoPhoto--kératite (inflammation de la cornée) kératite (inflammation de la cornée) et et KératoKérato--conjonctiviteconjonctivite

Sur la peau: dose limite = 6 Sur la peau: dose limite = 6 mJmJ/cm/cm22

Note: Lunettes de sécurité protègent Note: Lunettes de sécurité protègent les yeux contre les UVCles yeux contre les UVC

A two year Double Blind Study on Sick Building Syndrome using Sanuvox Ultraviolet Purifiers Published in The Lancet MedicalJournal.

Department of Epidemiology and Bio-statistics of McGill University

Dick Menzies MD MSc1, Julia Popa BEng MEng, James A Hanley PhD, Thomas Rand PhD, Don Milton MD DrPH.

In a study published in

The Lancet Medical Journal ,

McGill University scientists found that using Ultraviolet Purifiers manufactured by Sanuvox Technologies Inc. in the air conditioning coils

reduces over all sickness by 20%,

reduces respiratory symptoms by 40% and has resulted in a

99% reduction of microbial and endotoxin concentrations

on irradiated surfaces within the ventilation system.

55-- Impact on occupantsImpact on occupants

The Lancet .vol 362, November, 2003

CONCLUSIONCONCLUSION

VentilationVentilationHR et COHR et CO22

FiltrationFiltrationPoussièresPoussières

Germicide UVGermicide UVBioBio--contaminants / allergènescontaminants / allergènes

Merci !Merci !

Questions ?Questions ?