Indirekte Infektionsgefahr: Entkeimungsgeräte für Innenräume

10 September 2020

Welche Vorteile bieten sie gegenüber anderen Konzepten zur Begrenzung der indirekten SARS-CoV-2 Infektionsgefahr durch Aerosole und worauf ist bei der Anschaffung zu achten?

Ein Beitrag von Prof. Christian Kähler, Dr. Rainer Hain und Thomas Fuchs, Institut für Strömungsmechanik und Aerodynamik, Fakultät für Luft- und Raumfahrttechnik

SARS-CoV-2 Infektionen in Innenräumen durch Aerosolpartikel werden gegenwärtig als besonders bedeutend eingeschätzt. Daher besteht die Gefahr, dass die Infektionszahlen im Winter stark zunehmen werden. FFP2/3 Atemschutzmasken, die fest und dicht sitzen, bieten im Allgemeinen einen sehr guten Schutz vor diesem Infektionsweg. In öffentlichen Verkehrsmitteln, beim Einkauf oder im Wartezimmer sind diese Masken daher bestens geeignet, um sich vor einer direkten und indirekten Infektion zu schützen. Leider erschweren diese Masken das Atmen und das Tragen kann auf Dauer unangenehm sein. Daher sollten sie maximal 3 × 75 Minuten pro Tag getragen werden. Für Schulen oder bei der Arbeit sind sie daher kaum geeignet.

Es stellt sich folglich die Frage, wie Menschen in geschlossenen Räumen dauerhaft vor einer SARSCoV-2 Infektion geschützt werden können. Große Sicherheitsabstände bieten einen Fremd- und Eigenschutz, aber wenn die Virenlast im Raum groß ist, dann schützen sie nicht vor einer indirekten Infektion. Mund-Nasen-Bedeckungen bieten nur einen Fremdschutz vor einer direkten Infektion, aber sie schützen nicht vor einer indirekten Infektion. Das gleiche trifft auf Faceshields und kleine Schutzwände zu.

Freies Lüften ist selten effizient genug

Indirekte Infektionen können wirksam durch das freie Lüften mit Fenstern oder raumlufttechnischen (RLT) Anlagen, die 100% Außenluft in den Raum leiten, verhindert werden, sofern die Luftwechselrate dem sechsfachen des Raumvolumens pro Stunde entspricht. Das freie Lüften ist aber selten effizient genug und spätestens im Winter ist das Öffnen von Fenstern nicht mehr möglich, ohne massiv Energie zu verschwenden und die Gesundheit sowie das Wohlbefinden der Menschen zu gefährden. Der Betrieb von RLT-Anlagen mit großem Außenluftanteil ist in der kalten Jahreszeit ebenfalls sehr energieintensiv. Ferner sind RLT-Anlagen in den meisten Gebäuden nicht vorhanden oder im Winter nicht mit großem Außenluftanteil betreibbar, da Frost die Anlagen beschädigen könnte. Die Frage ist daher, wie ein weitgehend sicherer Schutz vor einer indirekten SARS-CoV-2 Infektion in geschlossenen Räumen realisiert werden kann, ohne thermische Energie und damit wertvolle Ressourcen zu vergeuden, denn Infektionsschutz und Klimaschutz sind gleichermaßen bedeutend.

Volumenstrom, Abscheidegrad und Leistungsfähigkeit sind entscheidend

Technisch lässt sich das Problem mit mobilen Raumluftreinigern oder Entkeimungsgeräten lösen, die die gefährlichen Aerosolpartikel abscheiden oder die Viren durch UV-Strahlung oder durch Kontakt mit Ladungsträgern zuverlässig inaktivieren. Das Potenzial der Geräte ist groß und sie sind sie auch verfügbar, da es in Deutschland zahlreiche Hersteller dieser Geräte gibt. Deren Nutzung schafft nicht nur Sicherheit vor einer indirekten Infektion, sondern erhält auch Arbeitsplätze. Allerdings bieten viele der angebotenen Geräte keinen wirksamen Schutz, da der Volumenstrom zu klein, der Abscheidegrad der Filter zu gering und die Leistungsfähigkeit der UV- und Ionisationseinheit zu schwach ist. Gemäß unserer neuen Studie müssen folgende Kriterien erfüllt sein, damit Raumluftreiniger und Entkeimungsgeräte einen wirksamen Schutz vor eine indirekten SARS-CoV-2 Infektion in Innenräumen bieten:

1. Der Volumenstrom muss mindestens dem sechsfachen des Raumvolumens pro Stunde entsprechen! Für einen 80 m² großen Raum mit einem Volumen von 200 m³ muss das Gerät folglich 1200 m³/h leisten oder 300 m³/h für einen Raum mit einer Fläche von 20 m². Luftwechselraten von 1 ‒ 3, die auf der Basis reiner Kosten-Nutzen- Betrachtungen empfohlen werden, mögen ausreichen, um weitgehend gefahrlose Kontaminationen wie Pollen oder Feinstaub aus der Raumluft zu beseitigen, aber für die schnelle und sichere Entfernung gefährlicher Viren sind deutlich höhere Luftwechselraten erforderlich.
2. Der Filter muss bei dem benötigten Volumenstrom eine Filterleistung nach der EN 1822 aufweisen, die 99,995% der Aerosolpartikel abscheidet oder die Viren müssen mit dieser Effektivität beim einmaligen Durchlauf durch das Gerät mittels UV-Strahlung oder elektrischen Ladungen inaktiviert werden! Die beim Atmen, Sprechen, Singen und Husten erzeugten Tröpfchen und die sich daraus durch Verdunstung bildenden Tröpfchenkerne sind nur bis zu wenigen Mikrometern groß und daher können sie nur mit wirklich hochwertigen Filtern zuverlässig und effizient abgeschieden werden. Das Argument, dass dieser Abscheidegrad auch mit einem einfachen Filter durch Mehrfachfilterung erreicht werden kann, konnte in früheren Versuchen der Wissenschaftler nicht bestätigt werden. Ferner würde dieser Ansatz eine Verdoppelung oder Verdreifachung der geforderten Luftwechselrate erfordern, um eine vergleichbare Sicherheit vor einer Infektion zu erreichen. Das ist technisch kaum realisierbar.
3. Das Gerät muss hinreichend geräuscharm sein, damit es im Betrieb nicht stört! Stört der Lärm, dann besteht die Gefahr, dass das Gerät ganz abgeschaltet oder nicht mit dem erforderlichen Volumenstrom betrieben wird. Eine hohe Sicherheit vor einer indirekten SARS-CoV-2 Infektion ist dann nicht vorhanden. Die Lautstärke der Geräte ist in der Regel abhängig von deren Größe. Geräte mit großen Lüftern sind leise und kleine Geräte mit hohen Drehzahlen laut bei gleichem Volumenstrom.

Kleine und günstige Geräte erfüllen diese drei Anforderungen in der Regel nicht. Daher ist beim Kauf sehr genau auf die Leistungsdaten zu achten. Vermeidliche Qualitätssiegel (wie HEPA-Filter) suggerieren Sicherheit, bieten sie aber nicht, denn es kommt auf die Filterklasse nach dem Filterstandard EN1822 an. Zertifikaten mit kryptischen Schriftzeichen sollte nicht vertraut werden. Wichtig ist, dass beim Kauf solcher Geräte unbedingt auf die drei wichtigsten Kriterien geachtet wird. Nur wenn diese Kriterien erfüllt sind bieten die Entkeimungsgeräte und Raumluftreiniger einen sehr guten Schutz vor einer indirekten SARS-CoV-2 Infektion in Schulen, Büros, Geschäften, Wartezimmern, Gemeinde- und Vereinshäusern, Aufenthalts- und Essensräumen, etc.. Im privaten Bereich sind diese Geräte nicht erforderlich, es sei denn man empfängt viel Besuch oder Gäste, wie z.B. Nachhilfe- oder Musikschüler. 

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^{Titelbild: ©iStockphoto / Evelien Doosje}