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Pandemie Spezial

Wenn Lüften schwierig ist

Gegen winzige Tröpfchen, die noch winzigere Coronaviren transportieren

Die kalte Jahreszeit steht unmittelbar bevor. Infektionsschutzmaßnahmen machen es notwendig, geschlossene Räume regelmäßig zu lüften, um Aerosole zu entfernen. Wer Sorge hat, sich dabei erst recht zu erkälten, kann stattdessen ein Luftreinigungsgerät die Arbeit machen lassen. Doch halten die Geräte was sie versprechen? | Von Ulrich Schreiber

Die Ansteckung mit dem Ende 2019 ausgebrochenen SARS-CoV-2-Virus erfolgt nach bisherigen Erkenntnissen vor allem über die Atemwege. Erkrankte haben oft eine hohe Viruslast im Rachen, von wo die Viren beim Husten, Niesen und Sprechen mit kleinen Tröpfchen in die Luft gelangen. Während größere Tröpfchen in der näheren Umgebung einer sprechenden Person zu Boden fallen, schweben kleinere für einen längeren Zeitraum in der Luft. Je nach Luftfeuchtigkeit und Umgebungstemperatur bleiben die Tröpfchen zwischen einigen Sekunden und über eine Stunde bestehen [1 – 3]. Diese virusbeladenen Aerosole mit Partikelgrößen zwischen < 1 µm und 500 µm stehen im Verdacht, für den Großteil aller Infektionen verantwortlich zu sein [4]. Die Größe eines SARS-CoV-2-Viruspartikels wird mit 60 nm bis 140 nm Durchmesser angegeben [5]. Daher haben selbst kleinste ­Aerosoltröpfchen das Potenzial, viele Viren zu transportieren. Diese kleinsten Tröpfchen sind es auch, die am ehesten unter den Rändern einer einfachen Mund-Nase-Bedeckung entweichen und ein Risiko für indirekte Infektionen bei ­anwesenden Personen darstellen.

Luftreiniger: Filtertyp und Raumvolumen beachten!

Um das Infektionsrisiko mit dem SARS-CoV2-Virus zu senken, wird empfohlen, in geschlossenen Räumen für einen regelmäßigen Luftaustausch zu sorgen. Im Winter bei Temperaturen um den Nullpunkt lassen viele Menschen aber nur ungern die Wärme aus ihren Büros oder Geschäftsräumen hinaus. Luftreinigungsgeräte könnten eine Alternative sein. Sie versprechen, die Raumluft von schädlichen Einflüssen wie Pollen, Feinstaub oder Lösungsmitteln zu säubern. Auch Aerosoltröpfchen sollen die Geräte herausfiltern können. Um das effizient zu tun, muss ein Gerät jedoch einige technische Anforderungen erfüllen. Der verbaute Filter ist ein entscheidender Punkt. Hier sollte es sich um einen HEPA-Schwebstofffilter (High Efficiency Particulate Air) handeln, der nach europäischer Norm DIN EN 1822 zwischen 99,95% (H13) und 99,995% (H14) der besonders schwierig zu filternden Partikel mit Größen zwischen 0,1 und 0,3 µm entfernt [6, 7] (s. Kasten „Was können HEPA-Filter?“). Die meisten Geräte verfügen über eine Filterkombination mit Vorfilter, um sowohl grobe Partikel, Feinstaub und mittels eines Aktivkohlefilters auch Lösungsmittel zu absorbieren. Wichtig ist außerdem, dass der Luftreiniger innerhalb einer Stunde mindestens das sechsfache Volumen des Raumes filtert. Das betont der Physiker Prof. Dr. Christian Kähler im Spiegel-Interview [8].

Was können HEPA-Filter?

In der EU gibt es Partikelfilterklassen von 1 bis 17. Je höher die Zahl, desto höher ihr Wirkungsgrad. Die Filterklassen H13 und H14 werden als HEPA-Filter bezeichnet. HEPA steht dabei für High Efficiency Particulate Air. Die Filter enthalten ein engmaschiges Fasernetz mit chaotisch angeordneten Fasern, so dass beim Vorbeiströmen der Luft die Partikel effizient haften bleiben. HEPA-Filter entfernen mindestens 99,9% aller Partikel aus der Luft, die größer als 0,1 – 0,3 µm sind. Normaler Hausstaub ist so groß, dass er schon vom Vorfilter eines Luftreinigers abgeschieden wird. Die Filterklassen U15 bis U17 sind Hochleistungs-Schwebstofffilter zur Luftfiltration in Reinräumen.

Tab.: Leistungsvermögen der Filterklassen H13, H14 und U15.
Filterklasse
Abscheidegrad
Durchlassgrad
H13
99,95%
0,05%
H14
99,995%
0,005%
U15
99,9995%
0,0005%

Leistungsstarke Geräte halbieren Aerosol­konzentration in wenigen Minuten

Kähler forscht am Institut für Strömungsmechanik und ­Aerodynamik der Universität der Bundeswehr in München und hat im Sommer dieses Jahres die Wirksamkeit von Raumluftreinigern gegen Aerosole untersucht. Im Versuch sollte die Luft eines 80 m2 großen Raumes gefiltert werden. Ein besonders langlebiges und stabiles Aerosol mit einer Partikelgrößenverteilung von 0,1 bis 2 µm generierten die Forscher aus Di-2-ethylhexylsebacat. Während ein Raumluftreiniger der Firma Trotec mit H14-Filter seine Arbeit erledigte, wurde an sechs Positionen im Raum die Aerosolkonzentration analysiert. Bei einem Volumenstrom von 600 m3/Stunde benötigte das Gerät zwischen 12 und 14 Minuten, um die Aerosolkonzentration an verschiedenen Orten im Raum zu halbieren. Bei einem Volumenstrom von 1500 m3/Stunde war die Aerosolkonzentration bereits nach sechs bis sieben Minuten halbiert. Die Forscher testeten sowohl einen neuen als auch einen belasteten Filter und konnten keinen signifikanten Unterschied bei der Filterleistung feststellen [3]. Das von Kähler und seinem Team verwendete Gerät TAC V+ verfügt außerdem über die Möglichkeit einer thermischen Filterdekontamination. Bei Temperaturen von mehr als 100 °C werden abgeschiedene Viren endgültig deaktiviert. Mit einem Preis von über 4000 Euro ist der Luftreiniger jedoch alles andere als erschwinglich für den Alltagsgebrauch. Wegen des hohen maximalen Volumenstroms von 2500 m³/Stunde eignet sich der TAC V+ vor allem für große Räume [9].

Luftreinigung mit UV-C-Strahlen

Eine andere Technologie steckt hinter dem Viromed Klinik Akut V500, der auch von Kähler getestet wurde. Zwar verfügt auch dieser Luftreiniger über einen Filter für die Abscheidung von Partikeln. Zusätzlich hat das Gerät einen Raumluftionisator, der Viren und andere Krankheitser­reger durch Kaltplasma schädigt. Und schließlich sorgt eine Strahlungseinheit mit energiereicher UV-C-Strahlung für die Zerstörung von Viren-RNA. Laut Hersteller erreicht das Gerät mit diesem mehrstufigen Reinigungsprozess eine Luftdesinfektionsrate von 99,999% [10]. Kählers Team untersuchte den Klinik Akut V500 in einem ähnlichen Aufbau wie das Gerät von Trotec. Eine Halbierung der Aerosolpartikelkonzentration beim Betrieb von zwei Reinigern in einem 80 m² großen Raum beobachteten die Physiker nach etwa elf Minuten. Damit ist der Klinik Akut V500 in diesem Bereich zwar weniger leistungsfähig als der TAC V+. Es muss jedoch beachtet werden, dass Kählers Labor nicht die Möglichkeiten hatte, die anderen Entkeimungsmechanismen an echten Viren zu testen. Es könnte also möglich sein, das Gerät auch in großen Räumen einzusetzen, in denen ein sechsfacher Volumenaustausch pro Stunde nicht gewährleistet werden kann [11]. Mit gut 3400 Euro hat der Viromed Klinik Akut V500 einen stolzen Preis [10]. Einen unschönen Nebeneffekt hat zudem die UV-Strahlungsquelle des Ge­rätes: Kurzwellige UV-C-Strahlung führt zur Bildung von giftigem Ozon aus Sauerstoff in der Raumluft [12]. Laut ­Hersteller Viromed wird das Ozon jedoch durch einen ­Aktivkohlefilter entfernt [10].

Günstige Luftreinigungsgeräte

Luftreinigungsgeräte für den schmaleren Geldbeutel sind bereits für einige Hundert Euro erhältlich. Stiftung Warentest hat kürzlich eine kleine Auswahl von sieben solcher Reiniger genauer unter die Lupe genommen. Im Labor mussten die Apparate zeigen, wie effektiv sie Pollen, Zigarettenrauch und das Lösungsmittel Formaldehyd aus der Luft eines 30 m³ messenden Raumes entfernten. Bewertet wurden Luftreinigungsleistung, Handhabung, Umwelteigenschaften sowie elektrische und mechanische Sicherheit. Alle Geräte setzten auf eine Filterkombination, in vier Reinigern war auch ein HEPA-Filter verbaut (Philips AC2889/10; Honeywell HPA710WE Premium Air Purifier; Dyson Pure Cool Link ­Tower; Beurer LR 500). Keinem Reiniger gelang eine gründliche Entfernung von Formaldehyd aus dem Testraum. Bei Pollen leisteten sechs der sieben Geräte „gute“ Arbeit. Für die Filterung von Zigarettenrauch war entscheidend, ob der Filter des Gerätes neu oder gebraucht war. Nur der Testsieger AC2889/10 von Philips bekam auch mit gebrauchtem Filter ein gutes Urteil. Die Leistung aller anderen Geräte ließ nach dem Rauch von 100 Zigaretten deutlich nach. Mit Preisen zwischen 249 und 425 Euro sind alle Luftreiniger im Test deutlich günstiger als die von Kähler getesteten Modelle. Die Geräte sind zudem kleiner. Extrakosten kommen jedoch dazu, wenn die Filter ausgetauscht werden müssen. HEPA-Ersatzfilter schlagen mit 30 bis 70 Euro zu Buche und müssen nach Herstellerangaben etwa alle ein bis zwei Jahre einkalkuliert werden [13]. Abgesehen von den sieben getesteten Luftreinigern sind zahlreiche weitere Modelle auf dem Markt erhältlich. Aufgrund des durch die Pandemie steigenden Bedarfs werden es stetig mehr. Einige Qualitätssiegel können bei der Auswahl eines guten Produkts helfen. Mit dem ECARF-Siegel werden Geräte zertifiziert, die nach Angaben der Europäischen Stiftung für Allergieforschung nachweislich die Lebensqualität von Allergikern verbessern können [14]. Der CADR-Wert (Clean Air Delivery Rate) gibt an, wie viel Luft ein Reiniger auf seiner höchsten Leistungsstufe pro Minute von Partikeln zwischen 0,09 und 11 µm Durchmesser reinigt. Je höher der CADR-Wert ausfällt, desto leistungsfähiger ist ein Gerät [15]. Außerdem gibt es Luftreiniger, die nach VDI-Richtlinie 6022 (Verein Deutscher Ingenieure) die Hygieneanforderungen für den medizinischen Bereich erfüllen [16].

Saubere Luft im Klassenraum

Forscher der Goethe Universität in Frankfurt am Main testeten einen Luftreiniger (Philips AC2887/10) auf sein Potenzial, Aerosole aus Klassenräumen zu filtern. Ihre Ergebnisse stellten sie Anfang Oktober in einer Vorabveröffentlichung online [7]. Die Wissenschaftler platzierten vier der Geräte mit HEPA-Filter in einem Klassenraum von 186 m³ in dem 27 Schüler Unterricht hatten. Mehrere ultrafeine Kondensationspartikelzähler analysierten die Aerosolkonzentration während des Unterrichts. Zum Vergleich wurden auch Messungen in einem ähnlich großen Klassenraum, aber ohne Luftreiniger, durchgeführt. In dem Raum, in dem die Luftreiniger liefen (Luftaustauschrate von 5,5 pro Stunde), dauerte es weniger als eine halbe Stunde bis die Aerosolkonzentration um mehr als 90% reduziert war. Wenn sich eine hochansteckende Person für zwei Stunden mit anderen Menschen in einem Raum befände, ließe sich die mit Aerosolen inhalierte Virusdosis so um den Faktor 6 senken, berechneten die Forscher. Obwohl die Geräte hier ganze Arbeit leisten, ist regelmäßiges Lüften sinnvoll. In einer Schulklasse sinkt während des Unterrichts der Sauerstoffgehalt der Luft ab und die CO2-Konzentration nimmt zu. Ein ausreichender Sauerstoffgehalt ist für konzentriertes Lernen jedoch unerlässlich. Der Geräuschpegel der laufenden Geräte wurde von der Mehrheit der Schüler nicht als störend empfunden [7].

Luftreiniger im Eigenbau

Ein Eigenbau-Abluftsystem schlagen Forscher des Max-Planck-Instituts für Chemie in Mainz vor. Mittels einer einfachen Rohrkonstruktion mit Ventilator sollen Aerosole angesaugt und durch ein gekipptes Fenster nach draußen geleitet werden. Die Konstruktion mit Materialien aus dem Baumarkt im Wert von rund 200 Euro wurde bereits an der Integrierten Gesamtschule Mainz-Bretzenheim getestet. Messungen der Max-Planck-Forscher ergaben, dass das System kontinuierlich über 90% der Aerosole entfernte. Auf der Website des Instituts wollen die Wissenschaftler einen einfachen Bauplan kostenfrei für die interessierte Öffentlichkeit verfügbar machen (https://luft.klimino.de/). Ein Vorteil der Anlage ist, dass gleichzeitig verbrauchte Luft abtransportiert und nicht nur umgewälzt wird [17]. Besonders in Hinblick auf die in den letzten Wochen stark gestiegene Nachfrage nach Luftreinigungsgeräten und den dadurch teils mehrwöchigen Wartezeiten bei den Herstellern [18], ist eine solche Eigenkonstruktion eine interessante Alternative. Mit etwas technischem Geschick kann die Anlage an die eigenen Räumlichkeiten angepasst und nachgebaut werden, sei es um die Apotheke, das Restaurant oder ein Büro zu belüften. Voraussetzung ist lediglich eine Steckdose im Raum.

Fazit

Saubere Raumluft ist das A und O in der Corona-Krise. Wer sich und seine Mitmenschen vor einer Ansteckung schützen will, sollte Räume, in denen sich mehrere Menschen aufhalten, regelmäßig lüften, um potenziell infektiöse Aerosole aus der Raumluft zu entfernen. Luftreinigungsgeräte können weit geöffnete Fenster ersetzen und Aerosole effizient aus der Luft filtern. Dazu muss das Gerät einen HEPA-Filter (H13 oder H14) besitzen und das sechsfache Volumen des Raumes in der Stunde filtern können. Für kleine Räumlichkeiten kann auch ein kleiner Reiniger reichen, der für einige Hundert Euro zu haben ist. Große Geräte können mehrere Tausend Euro kosten und sind sperriger. Dafür eignen sie sich auch zum Einsatz in großen Räumen und bringen zusätzliche Entkeimungstechniken wie thermische Dekont­amination der Filter oder UV-Strahlungseinheiten mit. Handwerklich Begabte können eine von Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für Chemie entworfene Selbstbau-­Variante mit günstigen Materialien aus dem Baumarkt nachbauen. Für saubere Luft im Winter muss also niemand frieren. Trotzdem bietet es sich an, regelmäßig die Fenster zu öffnen, denn CO2 kann keines der Geräte filtern. |

Literatur

 [1] Stadnytskyi V, Bax CE, Bax A, Anfinrud P. The airborne lifetime of small speech droplets and their potential importance in SARS-CoV-2 transmission. Proc Natl Acad Sci USA 2020;117(22):11875–11877, doi:10.1073/pnas.2006874117

 [2] Jinho Lee, Danbi Y, Seunghun R, Seunghon H, Kiyoung L, Myoungsouk Y, Kyoungbok M, Chungsik Y. Quantity, Size Distribution, and Characteristics of Cough-generated Aerosol Produced by Patients with an Upper Respiratory Tract Infection. Aerosol Air Qual Res 2019;19(4):840–853, doi:10.4209/aaqr.2018.01.0031

 [3] Kähler C J, Fuchs T, Hain R. Können mobile Raumluftreiniger eine ­indirekte SARS-CoV-2 Infektionsgefahr durch Aerosole wirksam ­reduzieren? 2020 DOI: 10.13140/RG.2.2.27503.46243

 [4] Jayaweera M, Perera H, Gunawardana B, Manatunge J. Transmission of COVID-19 virus by droplets and aerosols. A critical review on the unresolved dichotomy. Environ Res 2020;188:109819, doi:10.1016/j.envres.2020.109819

 [5] Zhu N, Zhang D, Wang W, Li X, Yang B, Song J, Zhao X, Huang B, Shi W, Lu R, Niu P, Zhan F, Ma X, Wang D, Xu W, Wu G, Gao GF, Tan W. A Novel Coronavirus from Patients with Pneumonia in China, 2019. N Engl J Med 2020;382(8):727–733, doi:10.1056/NEJMoa2001017

 [6] DIN EN 1822-1. 2019-10, Schwebstofffilter (EPA, HEPA und ULPA) - Teil_1: Klassifikation, Leistungsprüfung, Kennzeichnung; Deutsche Fassung EN_1822-1:2019. Beuth Verlag GmbH, Berlin, doi:10.31030/3015805, 2019

 [7] Curtius J, Granzin M, Schrod J. Testing mobile air purifiers in a school classroom. Reducing the airborne transmission risk for SARS-CoV-2. Cold Spring Harbor Laboratory 2020, doi:10.1101/2020.10.02.20205633

 [8] Radü J. Mobile Raumluftfilter - die Winterwunderwaffe? Spiegel Online vom 30. Oktober 2020, www.spiegel.de/wissenschaft/raumluftfilter-so-gut-helfen-luftreiniger-gegen-coronaviren-a-d27b5a8e-e1d0-4375-9607-5eabbd5ce9c9

 [9] Trotec Raumluftreiniger TAC V+. https://de.trotec.com/shop/raumluftreiniger-tac-v.html, Abruf: 4. November 2020

[10] Viromed Medical. Klinik akut V 500 + Entkeimungsgeräte. Informationen der Viromed GmbH 2020, www.viromed.de/entkeimung

[11] Kähler CJ, Fuchs T, Hain R. Quantifizierung eines Viromed Klinik Akut V 500 Entkeimungsgerätes zur Reduzierung der indirekten SARS-CoV-2 Infektionsgefahr durch Aerosolpartikel. 2. September 2020, www.unibw.de/lrt7/entkeimungsgeraet.pdf

[12] Marquardt H, Schäfer SG, Barth H. Toxikologie, 4. Auflage 2019

[13] Pollentief rein. Stiftung Warentest 2020;03:64–69

[14] Das ECARF-Siegel für mehr Sicherheit. Europäische Stiftung für ­Allergieforschung, https://ecarf-siegel.org/ueber-das-siegel/, Abruf 6. November 2020

[15] CADR - Der bewährte Durchgangswert für saubere Luft. Informationen der Universität Koblenz - Landau, www.uni-koblenz-landau.de/de/infos/cadr-der-bewaehrte-durchgangswert-fuer-saubere-luft, Abruf 6. November 2020

[16] VDI 6022 „Raumlufttechnik, Raumluftqualität“. VDI-Richtlinienreihe, VDI Verein Deutscher Ingenieure e.V., www.vdi.de/richtlinien/unsere-richtlinien-highlights/vdi-6022, Abruf 6. November 2020

[17] Lüftung leicht gemacht. Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Chemie vom 30. Oktober 2020, www.mpg.de/15962809/corona-lueftung-aerosole-luft

[18] Sucker K. Mobile Luftfilter gegen Corona - die Nachfrage steigt. DAZ.online vom 4. November 2020, www.deutsche-apotheker-zeitung.de/news/artikel/2020/11/04/mobile-luftfilter-gegen-corona-die-nachfrage-steigt

Autor

Ulrich Schreiber, B. Sc. Chemie, erworben an der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster; M. Sc. Toxikologie, erworben an der Charité Berlin, Toxikologe und freier Journalist

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