Aquarium LED-UVC-Wasserklärer

...... jedoch fanden zu diesem Thema - vor Corona – keine großen Weiterentwicklungen
hinsichtlich der Effizienz statt, noch dazu waren die wirklich guten Chips unbezahlbar.
Mittlerweile hat sich dies geändert und es gibt leistungsfähige UVC- LEDs, die sehr effektiv
und in Serie gefertigt sind. Diese haben sich für die Luftreinhaltung oder
Flächendesinfektion etabliert und dort verwendet. Somit konnten wir nun mit diesen Chips,
Anfang 2021, weitere brauchbaren Versuche machen die auch bezahlbar sind.
 

Zusätzlich zu den Chip-Versuchen müssen noch weitere Faktoren beachtet werden, wie:
Gehäuse, Quarzglas, Temperatur, Durchflussgeschwindigkeit, Abstand (Licht zu Wasser).
Diese ganzen Faktoren spielen eine Rolle in punkto Effizienz und Lebensdauer.

Lösung

1. Grundlegend müssen UVC-LED Chips mit guter Effizienz von 250-280 nm
   Bereich verwendet werden.
2. Gute Leiterplatinen die Wärme sehr gut ableiten
3. Leiterplatinen so einbauen, dass diese die Wärme ans Wasser abgeben können
4. Die richtige Ummantelung: PVC-Rohr innen spez. beschichtet und
   verspiegelt, sodass die LEDs das gesamte Rohr ausstrahlen können. Da
   Standard LEDs nur einen Abstrahlwinkel von 120° haben, erreichen wir somit
   nahezu 350°. Die spez. Verspiegelung erhöht den Wirkungsgrad stark.
5. Das Wasser muss in unmittelbarer Nähe zur UVC-Strahlungsquelle über den
   vorgegebenen Weg sprich durchs Rohr an der LED-Leistenlänge vorbeilaufen.
6. 12V UVC-LED ist zum einen stromschlagsicher zum anderen kann diese in
   Zukunft auch in Wohnmobile, im Teich mit Solarzellen usw. betrieben werden.
   Auch unsere Pumpen laufen mit 12V Gleichspannung somit werden sich
   wahrscheinlich noch viele Anwendungsbereiche finden die wir heute noch gar nicht wissen.
7. Aktuell stehen 3 Versionen kurz davor serienreif zu werden und zwar für
   kleine Aquarien ab 20-250 Liter. Diese LED-Versionen sollen UVC-Wasserklärer
   mit 3W-9W ersetzen welche auch schon sehr gut und effizient sind bzw. waren
   und das bei geringstem Platzbedarf.
   Auch die Wasserführung war seither bei den 3W-9W UVC-Wasserklärern sehr gut
   doch leider ist hier kein wirklicher Vorfilter bzw. Filter vorhanden. Dies soll sich
   zusätzlich noch ändern.  

Aktuelle Daten der Prototypen

LED-Chip: 12V, 2,4W, UVC 270nm + Filter: 12V, 5W ,240 Liter
= UVC-LED Wasserklärer mit 7,4W, 12V, dimmbar.

Mit ihm kann sowohl Wasserdurchfluss als auch UVC-LED eingestellt werden. Gleichzeitig
ergeben sich neue Möglichkeiten im Einsatzbereich vor allem auch in kleinen Aquarien
und Kleinstaquarien.

1. Variante: Komplettsystem für Aquarien von 20 bis 100 Liter, je nach Besatz
   auch größere Aquarien. Es werden keine weiteren Filter benötigt da der Filter
   integriert ist. UVC-LED Wasserklärer bestehend aus: Vorfilter = 2x Schwamm
   + 2 Kammern inkl. Filtermaterial.  Filtermaterial ist austauschbar und kann
   z.B. mit Aktivkohle oder Zeolith usw. befüllt werden. Somit steht endlich vor
   allem für kleinere Aquarien ein Gesamtsystem zur Verfügung -> kleinen
   Gesellschaftsaquarien sowie Garnelenaquarien.
2. Variante: mit gleicher Leistung jedoch ohne Vorfilter nur mit Filterpumpe
   für Biofilter, Sumpffilter oder hinter Hamburger Mattenfilter usw. Hier muss
   darauf geachtet werden, dass über die Ansaugung kein grober Schmutz bzw.
   Tiere angesaugt werden können. Dieser UVC-LED Wasserklärer ist für
   normal besetzte Aquarien bis 250 Liter geeignet.
3. Variante: mit gleicher Leistung für Außenfilter. 2 Anschlüsse als
   Schlauchverbinder, 12 mm Innendurchmesser (Schlauch: 12/16 mm). Sollte
   bei Außenfiltern so angepasst werden, dass je nach Größe des Außenfilters,
   ein Wasser-Durchsatz von rund 100 bis 250 Liter durch den Schlauch
   fließen kann, dies macht den Wasserklärer am effizientesten.

Soviel zu den drei Varianten wobei diese Serien noch erweitert werden sollen und zwar
mit UVC-LED Wasserklärern die für größere Aquarien / Anlagen bzw. für Teiche zur
Verfügung stehen.

Vorläufige Produktbilder:
1) Variante: Artikel-Nr.: LED-UVC-2,4W-Filter = 1 Pumpe, 1 Durchlauf

Weiteres und Allgemeines zum Thema UVC-LEDs für Aquarien:

• Die LEDs werden genau mit der richtigen Wellenlänge hergestellt, somit wird
  vermieden, dass bei der Verwendung eine unerwünschte Wellenlänge erzeugt
  wird, die das Wasser aufspaltet und Schadstoffe wie z.B. Ozon usw. frei wird.
• Die Leistung „Helligkeit/Strahlung“ kann einfach elektrisch mit einem Dimmer
  reguliert werden.
• Die LEDs werden mit Gleichstrom / Kleinspannung betrieben, somit können
  auch Energiequellen wie Batterie, Solar, usw. genutzt werden.
• Generell sind LEDs wartungsfrei und haben eine lange Lebensdauer
• Eine LED hat keine verzögerte Startzeit, das Licht ist sofort an und wirkt.
• Wärmeabgabe ist gering im Gegensatz zu Röhren oder Dampflampen
• Es werden keine giftigen/ toxischen Materialien benötigt wie z.B. Quecksilber
• UV-Sterilisation ist generell ein Vorteil gegenüber z.B. chemischer Verfahren, da
  Viren, Bakterien keine Resistenzen gegenüber UV-Licht aufbauen können. Somit
  muss also keine Chemie für diesen Zweck eingesetzt werden.

Das UVC-Licht wie in unserem Fall, kommt in einem geschlossenen Rohr zum
Einsatz. Somit kommt die UVC-Strahlung nicht mit der Außenwelt in Berührung, die
Strahlung kann auch nicht durch das Wasser transportiert werden. Nur die im Wasser
enthaltenen Organismen die an der Lichtquelle vorbei fließen werden von der UVC-
Strahlung zerstört, alle anderen Organismen, Tiere, Pflanzen, Algen usw. die sich im
Aquarium befinden, werden nicht beaufschlagt.

Die UV-Strahlung verursacht Schäden an der DNA oder am RNA-Strang, dabei liegt der
Pik bei rund 265 nm und blockiert so die Vermehrung der Mikroorganismen bzw. verursacht
einen schädlichen „Sonnenbrand“. Die abgestorbenen Mikroorganismen werden dann
vom Biofilter als Nahrungsquelle abgebaut.

Wichtig an der Stelle, je nach Bakterien oder Viren ist zum einen die Wellenlänge
bedeutend, da zw. 250 – 280 nm die Schädigung am höchsten ist, maßgebend ist aber
vor allem die „Verweildauer“. Das heißt, wie lang und mit welcher Stärke wird das Wasser
bestrahlt, einfach ausgedrückt, kurz in die Sonne kein Sonnenbrand, je länger in der Sonne
umso heftiger der Sonnenbrand.  Arten von Bakterien oder Viren sind unterschiedlich
resistent, daher werden kürzere oder längere Bestrahlungszeiten für den
"Sonnenbrand“ benötigt. Mit dem richtigen Abstand (je näher umso höher der
Wirkungsgrad) und der richtige Verspiegelung + Wasserführung on Top, wird dann eine
noch höhere Effizienz erzielt.

Die Antwort zu den in der Vergangenheit gestellten Fragen zu einer hohen Pumpenleistung
und einem schnellen Wasserdurchfluss liegt somit auf der Hand: ein effektiver Abbau ist
nicht möglich.

Der Klassiger:
Ein 36 Watt UVC-Wasserklärer reicht für einen Teich bis 50.000 Liter?!
(Die Pumpe hat einen Durchsatz von 20.000 L/h und die UVC-Röhre ist 60 cm lang.)

Ergebnis:
Der Wirkungsgrad ist sehr gering, da das Wasser zu schnell vorbeifließt, hinzu kommt der
jeweilige Fischbesatz welcher zu einer fortwährenden Vermehrung der Bakterien/ Viren führt
und somit ist der Wirkungsgrad gleich null.
Das gleiche Prinzip gilt in der Aquaristik.

Zusammenfassung:
Bei einem Aquarium/Teich handelt es sich um einen geschlossenen Kreislauf, sprich das
Wasser fließt nicht einfach nur durch den UVC-Wasserklärer und ist dann weg, sondern je
nach Größe des Aquariums/Teichs fließt es mehrfach in der Stunde/Tag am UVC-Licht
vorbei. Dazu kommt die Menge des Besatzes sprich wie viele Fische, Verunreinigungen
usw. befinden sich im Becken und erzeugen Bakterien, Verkeimungen, Schwebealgen usw.
Die Lichtdauer und deren Intensität hat Auswirkungen hinsichtlich der Produktion von
Schwebealgen Verkeimungen usw. ebenso die Wassertemperatur (Standard Aquarium
24-28 °C).
Aus diesem Grund werden viele Angaben für die Aquarium-/Teichgröße anhand Erfahrung
und Schätzwerten von normal besetzten Teichen / Aquarien mit vernünftiger Fütterung,
Verschmutzung, usw. angegeben.
Es werden aber auch Angaben gemacht die von optimalen Bedingungen ausgehen. Dies
erklärt, warum die Angaben untereinander so extrem schwanken wie z.B. in Internet-Foren.
Die Zusammenhänge und verschiedensten Resultate sind daher meist unklar und nicht reproduzierbar.

Um 99% Wasser zu entkeimen gehen wir daher von vernünftigen dem Durchschnitt
entsprechenden Daten aus.

250L Aquarium zu 99% entkeimen pro Stunde:
- Durchflussrate ca. 250 L/h
- UVC-LED mit 260-280 nm
- Leistung: 10 Watt

Das bedeutet, dass bei einer Leistung von 2,5 W und derselben Leistungsdaten demnach
25% Wasser pro Stunde entkeimt werden würde, somit bräuchte man für eine 99%
Wasserentkeimung insgesamt 4 Stunden.
Dennoch ist es so, dass Keime, Bakterien, usw. sich stetig vermehren, daher ist es
sinnvoll einen Wasserklärer stetig mitlaufen zu lassen. Dieser verringert die Keim-Zahl
enorm bzw. entkeimt das Wasser nahezu vollständig und hält somit die
"Verschmutzung Krankheit Erreger usw“ in einem kleinen Maß um alle darin lebende
Tiere gesund zu halten.

Wir gehen daher von diesen Leistungsdaten als Berechnungsgrundlage im Aquarium aus:
-> für 250L Aquarium einen Wasserklärer mit 2,4 W und max. 250L/h Durchsatz.
Das gleiche gilt für die Wasserklärer welche zwischen Filter und Pumpe z.B. Topf-Außenfilter
angeschlossen werden. Auch hier ist auf die Durchflussmenge zu achten, wenn dort einen
höheren Durchfluss als bei unseren Wasserklärer, angegeben ist.

Lösung kann dann ein sogenannter Bypass sein (T-Stück) um einen geringeren Durchfluss
einzustellen, im Zweifelsfall ist weniger mehr und nicht umgekehrt.

Wir hoffen, dass wir Ihnen dieses komplexe Thema verständlich erklären konnten, sicherlich
nicht 100% wissenschaftlich korrekt aber dennoch so, dass sie es für Ihren Einsatzweck
nutzen können.

Für Fragen und Anregungen, auch Händleranfragen usw. stehen wir gerne zur Verfügung.

Ihr Team von Aquarium Plüderhausen