Aerosole spielen eine wichtige Rolle für die Übertragung des Coronavirus, insbesondere in geschlossenen Räumen. Die richtige Lüftung von Innenräumen gilt neben Gesichtsmasken und der Abstandwahrung als wichtigstes Mittel, um die Wahrscheinlichkeit einer Übertragung über Aerosole zu verringern – egal, ob es sich bei den Räumlichkeiten um Schulräume, Sport- und Festhallen oder um Arbeitsstätten handelt.
Das Prinzip Lüften stößt jedoch nicht selten an Grenzen beziehungsweise hat auch Nachteile: Viele moderne Gebäude wie auch etliche Altbauten verfügen nicht über eine ausreichende Anzahl an Fenstern, die zu Lüftungszwecken geöffnet werden können – oft dienen diese lediglich zur Versorgung mit Tageslicht. Des Weiteren unterbricht das Öffnen der Fenster regelmäßig die Arbeits- oder Lernprozesse. Insbesondere im Winter kann es darüber hinaus den Raum auskühlen und schafft dann nicht nur eine unangenehme Arbeitsatmosphäre, sondern leistet womöglich auch Erkältungskrankheiten Vorschub. Und schließlich hängt die Effizienz der Lüftung auch davon ab, wie stark die Luftbewegung im Außenraum ist und wie groß der Temperaturunterschied zwischen drinnen und draußen ausfällt.
Deshalb schlagen einige Wissenschaftler mindestens als Ergänzung zum Lüften technische Lösungen vor, insbesondere durch Raumluftreinigungsgeräte beziehungsweise Luftreinigungsgeräte. Diese saugen die Raumluft an, schicken sie durch einen mehrlagigen Filter und stoßen sie gereinigt wieder aus. Dabei arbeiten sie mit motorgetriebenen Ventilatoren, sodass je nach Gerät ein Geräuschpegel entsteht, der bei der Arbeit natürlich auch stören kann.
Stationäre / mobile Luftreiniger
Bei der Diskussion um diese Luftreinigungsgeräte geht es in erster Linie um mobile Luftreiniger. Dabei kann es sich durchaus um recht große Geräte handeln, die aber in der Regel Rollen besitzen und somit bequem von Einsatzort zu Einsatzort geschoben werden können. Die Reinigungsleistung wird durch die sogenannte Clean Air Delivery Rate (CADR) gemessen. Dieser Wert gibt das Volumen der gefilterten Luft an, das von einem Luftreiniger abgegeben wird. Die Luftumwälzung variiert und sollte entsprechend der Raumgröße gewählt werden. Geräte von verschiedenen Anbietern unterscheiden sich stark in diesem Punkt.
Im Gegensatz dazu handelt es sich bei stationären Anlagen um fest installierte Klima- und Belüftungsanlagen, die in der Gebäudekonstruktion verbaut sind – sogenannte Raumlufttechnische Anlagen (RTA). Diese Anlagen verfügen auch über Filtereinheiten, aber man kann in ihnen nur in seltenen Fällen hocheffiziente Schwebstofffilter der Güte HEPA 14 (HEPA steht für High-Efficiency Particulate Air, kurz H14) einsetzen. Es gibt darüber hinaus aber auch dezentrale mobile Geräte, die fest in Raumlufttechnischen Anlagen verbaut sind.
Konträre Meinungen
Viele namhafte Institutionen und Experten warnen allerdings vor einer Überschätzung dieser technischen Lösung. Sie argumentieren vor allem, dass die Luftreiniger zwar die Virenkonzentration in der Luft mehr oder weniger senken, jedoch nicht alle Erreger töten könnten. Auch bei Bakterien sei die Wirkung von Luftreinigern begrenzt. So sieht das Umweltbundesamt in den Geräten allenfalls eine Ergänzung, aber keinen Ersatz fürs Lüften. „Mobile Luftreinigungsgeräte sind nicht dafür ausgelegt, verbrauchte Raumluft abzuführen beziehungsweise Frischluft von außen heranzuführen; sie leisten daher keinen nennenswerten Beitrag, das entstehende Kohlendioxid, überschüssige Luftfeuchte und andere Stoffe aus dem Klassenraum zu entfernen“, heißt es in einer Handreichung des Umweltbundesamts zum Thema.
Zu den Verfechtern der Luftreiniger gehören unter anderem Wissenschaftler der Universität der Bundeswehr München. In einer Studie aus dem Oktober 2020 erklären sie: „Alle Schulen in Deutschland müssen mit einem ordentlichen Raumluftreiniger und Trennwänden gegen die direkte Infektion ausgestattet werden.“ Lüften ist ihnen zufolge zwar auch gut und wichtig, aber zwei- bis dreimal in der Stunde zu lüften reiche eben nicht aus.
DGUV äußert sich verhalten zu Luftreinigern
Die Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung e.V. (DGUV) gehört ebenfalls eher zu den „Skeptikern“, wenn es um die Bedeutung der Luftreiniger für die Pandemiebekämpfung geht. Ihr Positionspapier vom Oktober 2020 benennt dafür vor allem zwei Gründe: Zum einen wirkten Luftreiniger nur punktuell. Dieser Nachteil müsse stets durch höhere Luftvolumenströme, geschickte Aufstellung im Raum oder den Einsatz mehrerer im Raum verteilter Geräte ausgeglichen werden. Zum anderen könnten lediglich hocheffiziente H14-Filter gewährleisten, dass Aerosolpartikel mit einem Durchmesser von 0,1 bis 0,3 μm zu 99,995 Prozent aus der Raumluft abgeschieden würden. Zum Vergleich: Coronaviren haben einen Durchmesser von 0,12 — 0,16 μm. Von dieser Filterleistung könne aber nur dann ausgegangen werden, wenn die Filter nach der Norm DIN EN 1822 geprüft seien.
Stand Februar 2021 hat sich an dieser Einschätzung nichts geändert: „Mobile Raumluftreiniger können eine ausreichende Lüftung nicht ersetzen und sollten nur in Ausnahmefällen ergänzend eingesetzt werden“, erklärt Dr. Simone Peters vom Institut für Arbeitsschutz der DGUV (IFA). Dafür gibt sie folgendes Beispiel: „Können die Vorgaben der ASR A3.6 ‚Lüftung‘ nicht eingehalten werden, muss die weitere Nutzung dieser Räume in einer Gefährdungsbeurteilung betrachtet werden. Auf dieser Basis sind dann weitere Maßnahmen festzulegen, wie zum Beispiel die Reduzierung der Personenanzahl im Raum oder gegebenenfalls auch die Verwendung von Raumluftreinigern.“ Kämen letztere zum Einsatz, sei der Luftvolumenstrom entscheidend: „Sollten ein oder mehrere dezentrale Raumluftreiniger – egal ob mobil oder stationär – aufgestellt werden, muss auf einen ausreichenden Luftvolumenstrom der Geräte geachtet werden“, erklärt Dr. Peters. Maßgeblich dafür seien insbesondere die Raumgröße und ‑geometrie sowie die Anzahl der Personen im Raum.
Neue Studien
Sind Luftreiniger also im Kampf gegen die Pandemie nur Beiwerk, auf das gut und gerne verzichtet werden kann? Zwei aktuelle Studien, die Anfang des Jahres veröffentlicht wurden, weisen ihnen mehr Bedeutung zu: Studie Nummer Eins wurde vom Hygieneinstitut Hybeta im Auftrag des Universitätsklinikums Münster durchgeführt. Dabei kam der Luftreiniger Blue.care+ des Unternehmens Hengst Filtration zum Einsatz. Das Gerät wurde in einem „Stresstest“ mit unterschiedlichen Lüftungsintervallen geprüft.
Beim Versuchsaufbau im Universitätsklinikum wurde der Aufenthalt von sechs Personen in einem geschlossenen Raum durch beheizte Dummies simuliert. Das Luftreinigungsgerät wurde dabei in der Mitte der längsten Wand positioniert. Jeder Dummy wurde mit einem Aerosolauslass versehen, um die reale Aerosolabgabe von Menschen nachzustellen. Die Wirksamkeit der Luftreiniger wurde durch die Prüfung der Aerosolkonzentration an fest definierten Punkten im Raum gemessen – zum einen bei geschlossenen Fenstern, zum anderen in Kombination mit verschiedenen Lüftungsintervallen.
Wirksamer als Lüftung
Das Ergebnis: Bei geschlossenen Fenstern konnten die Luftreiniger die Aerosolkonzentration nach 45 Minuten auf 200.000 Partikel pro Kubikfuß (Abkürzung Partikel / cft.) reduzieren. Zum Vergleich: Ohne Luftreinigung und Lüften erreichte die Aerosolbelastung im gleichen Zeitraum einen Spitzenwert von 1.950.000 Partikel / cft. Durch Lüften nach 20 Minuten wiederum konnte die bis dahin erreichte Belastung von 1.200.000 Partikeln / cft. zwar kurzfristig auf unter 600.000 Partikel / cft. reduziert werden, doch unmittelbar nach dem Schließen der Fenster stieg sie erneut auf den Ausgangswert. Damit fiel die Aerosolbelastung beim Einsatz des Luftreinigers auch im Vergleich zum Stoß- und Querlüften in 20-minütigen Intervallen geringer aus beim Lüften.
Letzteres ist aber auch aus anderen Gründen notwendig, denn Lüften sorgt für ausreichend Sauerstoff und unverbrauchte Luft im Raum. Daher wurde auch das Szenario mit fünfminütigen Fensterlüftungen nach 45 und 95 Minuten bei gleichzeitig eingeschaltetem Luftreiniger getestet. Bei dieser Kombination wurde die Aerosolkonzentration auf etwa 300.000 Partikel / cft. reduziert – ein etwa doppelt so großer Effekt wie bei alleinigen Fensterlüftungen im Abstand von 20 Minuten.
„Luftreiniger verringern das Risiko einer Infektion durch virenbelastete Aerosole deutlich – sowohl in geschlossenen als auch in belüfteten Räumen“ bilanziert Raumlufttechniker Dirk Peltzer von der Hybeta GmbH. Das bedeute zwar nicht, dass die Fenster gar nicht mehr geöffnet werden sollten, doch die Lüftungsintervalle ließen sich verlängern – ein Vorteil gerade in den kalten Wintermonaten. Wichtig sind nach Auffassung Peltzers dabei die Ausrüstung und der Aufbau der Geräte. Neben entsprechenden Partikelfiltern der Klasse H14 seien hier vor allem eine Luftwechselrate von mehr als fünf Mal pro Stunde sowie das Einsaugen auf dem Boden erforderlich, um eine möglichst große Wirkung zu entfalten.
Bundeswehr testet auch zu Luftreinigern
Auch an der Universität der Bundeswehr München wurde ein Luftreiniger eingehend getestet, diesmal der Virosafe 2000/F800 der Firma Viromed. Für Projektleiter Professor Christian Kähler war das Ergebnis eindeutig: „Die Analyse verdeutlicht, dass sich mit dem von uns erprobten Raumluftreiniger die Konzentration der Aerosolpartikel im Raum sehr effizient reduzieren lässt. In einem Raum mit einem Volumen von 200 Kubikmeter konnten im reinen Umluftbetrieb bei maximalem Volumenstrom über acht Luftwechsel pro Stunde erreicht werden. Das bedeutet, dass die Virenlast in dem Raum innerhalb von 5,4 Minuten halbiert wurde.“
Dass der Aufstellungsort des Geräts relativ frei gewählt werden konnte und der Lüftungserfolg auch nicht wesentlich durch Möbel oder bewegte Personen im Raum behindert wurde, konnte ebenfalls gezeigt werden. Personen im Raum seien sogar vorteilhaft, so Kähler, da sie die Vermischung der Luft im Raum durch Bewegung, Atmung und die Körperwärme befördern und für eine gleichmäßige Abnahme der Viren in allen Raumbereichen sorgen. Die Raumluftreiniger versetzten die Luft zusätzlich in Bewegung, sodass eine effiziente Reduktion der Virenlast im Raum gewährleistet sei. Die Luftbewegungen im Raum fielen dabei so gering aus, dass sie nicht spürbar seien. Lediglich direkt am Ansaug- und Ausblasbereich machten sie sich bemerkbar, wie es auch bei der Fensterlüftung der Fall sei – bei letzterer jedoch im gesamten Raum.
In einem weiteren Versuchsschritt wurde ein Bypass, also eine Umgehungsleitung, genutzt, um neben dem Umluftbetrieb kontrolliert Außenluft in den Raum zu führen. Hierbei zeigte sich, dass neben der Virenkonzentration auch der Anstieg von Kohlendioxid im Raum verzögert oder je nach Personenzahl und Aktivität sogar ganz verhindert werden konnte. Wurde der Bypass über den Lüfter im Gerät betrieben, so verringerte sich der Volumenstrom gegenüber dem Fall ohne Bypass geringfügig, da der Lüfter zusätzliche Strömungswiderstände durch die Zuleitung von draußen erfährt. Wurde der zusätzliche Lüfter allerdings am Geräteaufsatz für den Bypass zugeschaltet, konnten in dem 80 Quadratmeter großen Raum auch Luftwechselraten nahe zehn erreicht werden. Eine Halbierung der Schadstoff- oder Virenlast wurde somit innerhalb von 4,2 Minuten erreicht. „Dem oft vorgebrachten Kritikpunkt, dass mobile Raumluftreiniger nicht in der Lage sind, dem Raum Außenluft zuzuführen, muss somit ausdrücklich widersprochen werden“, kommentiert Kähler diesen Effekt.
Einsatz in Arbeitsstätten
Welche Schlüsse können durch die Ergebnisse beider Studien speziell für Arbeitsstätten gezogen werden? Christoph Schings, Director Marketing & Communication bei Hengst SE in Münster: „Wesentlich für die Qualität der Luftreinigung ist der Umwälzfaktor der Luftmenge im Raum. Studien legen eine fünf- bis sechsfache Luftwechselrate als sinnvoll zugrunde. Es ist daher zweitrangig, für welche Zwecke ein Raum genutzt wird. Es kommt in erster Linie auf das Raumvolumen an.“ Mobile Geräte böten in der Regel die besten Lösungen für Räume von 30 bis 140 Quadratmeter. Für größere Räume wie Produktionshallen kämen zwei Möglichkeiten in Betracht: Man könne darin entweder mehrere mobile Einheiten aufstellen, oder aber eine eventuell bereits vorhandene stationäre Anlage, soweit technisch möglich, umrüsten. Schings hält hierbei die Auf- und Umrüstung für den besseren Weg.
Fast wichtiger als in den Arbeitsräumen ist Schings zufolge jedoch der Einsatz der Geräte in Pausenräumen, Kantinen, Besprechungsräumen und Umkleidekabinen, wo sich erfahrungsgemäß auf relativ kleinen Raum besonders viele Beschäftigte aufhalten. Hier sei es nach seiner Erfahrung die beste Lösung, mehrere Geräte gut positioniert aufzustellen.
Lärmbelastung das kleinere Übel
Ein weiterer wichtiger Aspekt hinsichtlich der Verwendung von Luftreinigern in Arbeitsstätten ist die Lautstärke. Christian Kähler von der Universität der Bundeswehr hält trotz dieses Problems den Einsatz von besonders leistungsstarken und damit auch lautstarken Geräten aufgrund der besonderen aktuellen Lage für empfehlenswert: „Da Geräte dieser Größe bei maximalem Volumenstrom recht laut sind, eignet sich dieser Volumenstrom für lärmintensive Arbeitsbereiche, beispielsweise in Werkstätten. Aber auch in kleineren Räumen, in denen normalerweise deutlich geringere Volumenströme ausreichend sind, ist es sinnvoll, ein derart leistungsstarkes Gerät zu nutzen, damit bei Bedarf die Virenlast sehr schnell reduziert werden kann.“ So könnte in den Pausen oder vor der Nutzung eines Besprechungsraumes das Gerät für ein paar Minuten mit maximalem Volumenstrom betrieben werden, um eine mögliche Virenlast schnell abzubauen. Während der Arbeit oder der Sitzung könne der Volumenstrom dann reduziert werden, sodass noch das sechsfache des Raumvolumens pro Stunde gefiltert oder mit Außenluft versetzt werde.
Baustein im Infektionsschutz
Die Ergebnisse der beschriebenen Studien wecken Hoffnung – speziell vor dem Hintergrund möglicher neuer Pandemien in der näheren oder ferneren Zukunft. Kann man beim Einsatz der Luftreiniger sogar ganz auf das Lüften oder andere Instrumente verzichten?
Professor Christian Kähler sieht das zumindest ansatzweise so: „Aufgrund der Leistungsfähigkeit der Raumluftreiniger können diese auch ohne zusätzliche Fensterlüftung und Raumlufttechnische Anlagen für eine deutliche Reduzierung der Gefahr vor einer indirekten Infektion sorgen, da sie in der Regel viel effizienter arbeiten als die zwischenzeitliche Fensterlüftung.“ Der Grund dafür sei, so Kähler, dass die mobilen Raumluftreiniger kontinuierlich für eine verlässliche Abscheidung der Viren sorgen, unabhängig davon, ob draußen Wind gehe oder der Temperaturunterschied zwischen drinnen und draußen ausreichend groß sei.
Für das Münsteraner Forschungsteam hingegen ist die Kombination das Ideal: „Ein Verzicht aufs Lüften ist nicht ratsam, unterstreicht Dirk Peltzer: „Luftreiniger sind vor allem als ein Hilfsinstrument zum normalen Lüften anzusehen.“ Studieninitiator Prof. Stephan Ludwig sieht durch die Testergebnisse bestätigt, dass wirksame Luftreiniger einen weiteren wichtigen Baustein zur Eindämmung der Corona-Pandemie darstellen. Sie sollten folglich die bereits etablierten Maßnahmen zur Pandemieausbreitung Hygiene, Masken, Abstandsregeln und Lüften ergänzen.
Sinnvoll und zuverlässig
Als Ergebnis der wissenschaftlichen Untersuchungen – so viel lässt sich sagen – stellen Raumluftreiniger mit großem Volumenstrom und hochwertigen Filtern der Klasse H14 eine sinnvolle technische Lösung dar, um die indirekte Infektionsgefahr durch Aerosole zu verringern. Dabei spricht auch ein psychologischer Faktor für technische Lösungen: Maßnahmen, die allein auf die Vernunft und Bereitschaft der Menschen zum Handeln setzen, werden nicht immer und überall vollständig und konsequent umgesetzt. Technische Lösungen können zumindest dafür sorgen, dass auch in diesen Fällen präventive Maßnahmen zum Zuge kommen und das Risiko eingedämmt wird.
Aerosole messen mit dem „Mannheimer Würfel“
Wurde der Raum wirklich gründlich genug gelüftet? Ab wann ist die Aerosolkonzentration durch die anwesenden Personen kritisch? Die Hochschule Mannheim hat eine Lösung entwickelt, die dies unmittelbar anzeigt: Am dort angesiedelten Center for Mass Spectrometry and Optical Spectroscopy (CeMOS) entstand bereits vor einigen Jahren ein batteriebetriebenes, tragbares Gerät zur Feinstaubmessung, das nun kurzerhand zum Aerosol-Detektor umfunktioniert wurde.
CeMOS-Forscher Dr. Thomas Schäfer erklärt, warum das so einfach geht: „Der optische Sensor macht keinen Unterschied zwischen Staubpartikeln und winzigen Flüssigkeitstropfen. Er zählt jedes Teilchen zwischen 300 Nanometern und 10 Mikrometern Größe, das die Lichtschranke in seinem Inneren passiert.“ Das handliche Gerät funktioniert so: Es saugt Raumluft ein und leitet sie an zwei Sensoren vorbei. Einer davon misst lediglich die Menge an eingesaugter Luft, der zweite heizt sie so weit auf, dass Flüssigkeiten verdunsten. Aus der Differenz beider Messungen errechnet das Gerät dann die Menge an wässrigen Tröpfchen, die sich in der Luft befinden.
Die Messdaten werden zum Beispiel als Graphiken ausgegeben, sodass man die Atem-Aerosolkonzentration über längere Zeiträume hinweg beobachten und dokumentieren kann. Die Vermarktung der Erfindung ist bereits angelaufen. Die ProxiVision GmbH als Kooperationspartner der Hochschule hat die ersten Geräte mit dem Namen ProxiCube fertiggestellt.
Hochschule Mannheim; www.hs-mannheim.de; www.proxi-cube.com
Checkliste Luftreiniger
Folgende Faktoren sind entscheidend für die Wirkung von Luftreinigern:
Die Luftwechselrate
Die Luftwechselrate ist das Verhältnis aus dem Volumenstrom des Gerätes und dem Raumvolumen (also Grundfläche mal Höhe des Raumes). Anzuraten ist eine Luftwechselrate von 6. Bei einem Raum von acht mal acht Metern Grundfläche und einer Raumhöhe von drei Metern (also einem Raumvolumen von 192 m³) ergibt sich beispielsweise eine sechsfache Luftwechselrate bei einem Volumenstrom von 1.152 m³/h. Der Volumenstrom ist unter den technischen Daten aufgeführt.
Der Filter
Nur hochabscheidende HEPA-Filter der Filterklassen H13 oder H14 sind wirklich wirksam. Lediglich in großen Geräten haben die wichtigen HEPA-Filter eine ausreichende Filterfläche, um einen langfristigen Schutz ohne ständigen Filterwechsel zu gewährleisten.
Die Funktionsweise
Die Geräte müssen so konstruiert sein, dass die Aerosole bodennah angesaugt werden und die gereinigte Luft über Körper- und Kopfhöhe wieder ausgestoßen wird. Durch das bodennahe Ansaugen der Schwebpartikel wird das Infektionsrisiko bestmöglich reduziert.
Die Lautstärke
Der Schalldruckpegel sollte unterhalb von 55 db (A) liegen. Um eine geringe Lautstärke sicherzustellen, muss eine ausreichende Schalldämmung verbaut sein, die ebenfalls nur in größeren Geräten Platz findet.
Die Raumgröße
Nur Luftreiniger mit einem bis zu sechsfachen Luftaustausch pro Stunde sind für den Betrieb in Innenräumen mit einer Größe von mehr als 50 Quadratmeter geeignet.
Die Platzierung
Das Gerät kann überall im Raum platziert werden. Einzige Einschränkung:
Der Luftein- und ‑auslass sollte nicht direkt zugestellt oder verdeckt werden und einen Mindestabstand von 30 Zentimetern zu den Wänden aufweisen.
Quelle: Hybeta GmbH
Foto: privat
Autor: Dr. Joerg Hensiek
Fachautor und freier Journalist