Feinstaub in Innenräumen

Feinstaub ist vor allem für den Allergiker ein großes Problem. Ungeachtet der Art des eingeatmeten Staubes sind in die Atemwege gelangende Partikel mit ihrer mechanischen Wirkung reizend. Bei vor­ge­schädigten Bronchialsystemen ist diese Wir­kung umso stärker. Darüber hinaus sind an diese Partikel andere Schadstoffe gebunden, wie beispielsweise Allergene, die so bis tief in die Lunge gelangen und entsprechende Reaktionen hervorrufen können. Weiterhin ist die Art der Stäube für eine Reihe von Krankheiten unabhängig der allergologischen Relevanz verantwortlich. Kohlestaub bei­spiels­weise greift das Bindegewebe der Lunge an und zerstört die Lungenbläschen. Reiner Schwebstaub aktiviert Blutplättchen, macht damit das Blut zähflüssiger und erhöht das Herzinfarktrisiko. Einige Stäube wie Asbest oder Buchenholzstaub verursachen Krebs [1]. Eine EU-Studie besagt, dass die Lebens­erwartung der Menschen durch Fein­staub um neun Monate verringert wird. Die WHO kommt zu ähnlichen Erkenntnissen.

Die Außenluftqualität hat sich in den letzten Jahren verbessert. Dies ist die Folge von wis­senschaftlichen Erkenntnissen und daraus abgeleiteten Gesetzen und Verordnungen zum Schutz der Menschen. Dieses Ziel ver­folgt auch im Kern die aktuelle Feinstaub-Diskussion. Mehr als 90 % seiner Lebenszeit verbringt der Mensch jedoch in Räumen. Umso mehr muss die Luftqualität dort höch­sten Ansprüchen ge­nügen, um Befindlich­keits- und Ge­sundheits­störungen keinen Vorschub zu leisten.

Zahlreiche Einflussgrößen

Als wichtige Quellen von feinstäubigen Luftverunreinigungen in Innenräumen sind die äußere Umgebung des Gebäudes, seine Ausstattung sowie der Mensch und seine Aktivität zu nennen [2, 3]. Besonders das Reinigungsverhalten der Nutzer beeinflusst die Feinstaubkonzentration im Innenraum. Neben der Reinigungsfrequenz hat neben der Art der verwendeten Staubtücher das Staubsaugen eine große Bedeutung. Man­gelhaft konstruierte Staubsauger emittieren hohe Konzentrationen an Feinstäuben und Allergenen.

In Gebäuden, die nach der aktuellen Energie-Einsparverordnung gebaut sind, ist die Luft­wechselrate, also der Austausch der Innen­raumluft mit der Außenluft, in der Regel sehr gering. Dies bedeutet, dass Schadstoffe im Innenraum verbleiben und nicht einfach nach außen weggelüftet werden können. Bei der Fensterlüftung, die je nach Lage und Wit­terung schwierig durchzuführen ist, gelangen zusätzlich unkontrollierbar Schad­stoffe von außen in das Gebäude. Auch RLT-Anlagen stoßen an ihre Grenzen, wenn der Innenraum selber und nicht die Außenluft das höchste Belastungspotenzial in sich birgt, wie z.B. aktuelle Studien zur Feinstaubbelastung im Innenraum zeigen [4, 5]. Bürogebäude sind dabei hinsichtlich der Innenraumluftqualität genauso kritisch zu bewerten, wie das private Wohnhaus [6].

Definition der PM10-Fraktion

Unter der Bezeichnung PM10 versteht man die Partikel-Fraktion, die einen größen­selektierenden Lufteinlass passiert, der für einen aerodynamischen Durchmesser von 10 µm eine Abscheideleistung von>50 % aufweist, was auch der abscheidetechnischen Wirkung der oberen Atemwege entspricht. Die Staubfraktion PM10 bezeichnet man dabei als thorakale Fraktion, die im Mittel ca. 80 % der Masse des Gesamtstaubes aus­macht. Diese Messgröße wurde an den auto­matisierten Messstationen in der Außenluft zu Beginn des Jahres 2000 als neuer Standard eingeführt. Vor diesem Zeitraum wurde die Gesamtstaubkonzentration bestimmt.

Staubinhaltsstoffe in Innenraum und Außenluft

Staub ist ein sehr komplexes physikalisch-chemisches Gemisch. In der Außenluft sind als Inhaltsstoffe hauptsächlich Ruß, (Reifen-) Abrieb, geologisches Material (z.B. Sand) und biologisches Material (z.B. Pollen, Schim­melpilze) zu nennen. Es entsteht durch Straßen-, Schienen- und Luftverkehr, Industrie und Gewerbe sowie durch Land- und Forst­wirtschaft, bei Produktions- und Verbren­nungsprozessen sowie bei Abrieb und Auf­wirbelungen in Folge mechanische Prozesse.

Im Innenraum hingegen besteht der Staub zum einen aus dem von außen eingetragenen Staub mit den benannten Inhaltsstoffen (z.B. Sand, Ruß, Asche) und zum anderen aus typischen Stoffen, die nur aus dem Wohn­umfeld stammen. Dies sind zum Beispiel bio­logische Komponenten wie Schimmelpilze und deren Sporen, Hausstaubmilbenallergene aus getrocknetem Milbenkot, Tierhaare und -allergene, aber auch Tabakrauch und Textil­abrieb in Form von Fasern und Flusen.

Aktuelle Studienergebnisse

Die GUI führte im Jahre 2005 eine Studie durch, in der die Feinstaubkonzentration in Abhängigkeit vom verwendeten Bodenbelag untersucht wurde. Dabei wurde die Gesamt­konzentration der PM10-Fraktion sowie die Partikelzahlen je Fraktion verglichen. Auf­grund der großen Datenmenge und der re­gionalen Betrachtungsweise im Bereich NRW kann auf eine ausreichende statistische Ver­teilung ähnlicher Staubinhaltsstoffe in den beiden Vergleichsgruppen (Glattboden / Tep­pichboden) geschlossen werden, zumal eine Vielzahl der untersuchten Haushalte, die ausschließlich Nichtraucherhaushalte waren, eine Mischausstattung aus Glatt- und Tep­pichboden aufweisen. Für die bewertende Ergebnisbetrachtung wurde für den Innen­raum bzgl. der „zulässigen“ Feinstaubkonzen­tration der gleiche Grenzwert an­gesetzt, wie er für die Außenluft (50 µg/m³ PM10) aktuell gilt [s. Tabelle 1].

Es wurde keine Differenzierung hinsichtlich der Staubinhaltsstoffe im Vergleich zwischen Glattboden und Teppichboden durchgeführt. Dies bedarf weiterer Forschungsarbeit und wird in zukünftigen Studien betrachtet.

Untersucht wurden insgesamt 105 private Haushalte. Neben der Unterscheidung der Bodenbelagsarten wurden die Räume hin­sichtlich ihrer Nutzung als Kinderzimmer, Schlafzimmer und Wohnzimmer zusätzlich differenziert. 64 % der Räume hatten einen Glattboden, 36 % der Räume waren mit Teppichboden ausgestattet. Dieses prozen­tuale Verhältnis entspricht in etwa dem, was bundesweit in Deutschland anzutreffen ist. Insoweit bildet diese Studie eine Verteilung ab, die repräsentativ ist. Bestimmt wurde die Partikelzahl pro Kubikmeter Raumluft in Ab­hängigkeit von der Partikelgröße (0,3 µm – 10,0 µm). Insgesamt wurden 552 Messungen in Räumen mit Glattboden durchgeführt. Diese unterteilen sich wie folgt: 144 Kinder­zimmer, 174 Schlafzimmer und 234 Wohn­zimmer. Die Gesamtzahl der Messungen in Räumen mit Teppichboden betrug 315. Hierbei entfielen 98 Messungen auf Kinder­zimmer, 133 auf Schlafzimmer und 84 auf Wohnzimmer. In den Diagrammen (Bild 11 + 12) sind die Feinstaubkonzentrationen PM10 als Einzelwerte in der Luft in den untersuchten Räumen dargestellt.

Die rote Linie in den Diagrammen markiert den Grenzwert für Feinstaub von 50 µg/m³ in Deutschland in der Außenluft, der aus der Umsetzung der 1999 erlassenen EU-Richt­linie 1999/30/EG zum 1. Januar 2005 her­rührt [s. Tabelle 1].

Alle Haushalte, die über dieser roten Linie liegen, überschritten zum Messzeitpunkt den Grenzwert. Die grüne Linie markiert den arithmetische Mittelwert der Feinstaub­kon­zentration über alle gemessenen Räume, jeweils für Glattböden und Teppichböden separat dargestellt.

Dieser Mittelwert sollte idealerweise unter­halb des roten Grenzwertes liegen.

Wie den Diagrammen zu entnehmen ist, liegt der arithmetischen Mittelwert der Feinstaub­konzentration in Räumen mit Glattböden mit 62,9 µg/m³ deutlich oberhalb des Grenzwertes von 50 µg/m³.

Bei den Haushalten mit Teppichböden liegt der arithmetische Mittelwert bei 30,4 µg/m³, und damit deutlich unterhalb des Grenz­wertes.

Betrachtet man die Gegenüberstellung der Gesamtkonzentrationen, so zeigt sich durch alle Percentile hindurch die klare Tendenz zu einer deutlichen Verringerung des Gesamtfeinstaubvorkommens in Räumen mit Teppich­boden im Vergleich zu Räumen mit Glatt­boden. Besonders deutlich lässt sich dies bei den Maximalwerten und den Ergebnissen des 98. und 95. Percentils erkennen. Hieraus folgt, dass in Räumen mit Teppichboden neben einer klaren Verringerung der Gesamt­feinstaubbelastung auch noch eine deutliche Herabsetzung der Sättigungsgrenze (Maxi­malwertgrenze) erzielt wird. Betrachtet man die Gegenüberstellung der Gesamtkonzen­trationen, so zeigt sich durch alle Percentile hindurch die klare Tendenz zu einer deutlichen Verringerung des Gesamtfeinstaubvorkommens in Räumen mit Teppichboden im Vergleich zu Räumen mit Glattboden [4].

Feinstaubkonzentration mit Luftreinigungsgeräten reduzieren

Sofern Innenraumluftbelastungen nicht zu ver­meiden sind, sollte für eine adäquate Schad­stoffabfuhr gesorgt werden. Dies kann bei un­belasteter Außenluft durch Lüften ge­schehen, dann allerdings unkontrolliert, durch eine RLT-Anlage oder durch einen mobilen Raumluft­reiniger. Da letzterer für den End­verbraucher die am einfachsten und effek­tivsten zu benut­zende Lösung darstellt, wird nachfolgend be­schrieben, in welchem Um­fang solche Geräte Feinstaubbelastung reduzieren können und woran man leistungsfähige Geräte erkennt.

Ein Raumluftreiniger saugt in der Regel die Raumluft mithilfe eines Ventilators in das Gerät hinein, leitet sie über oder durch filternde Elemente und gibt sie danach in den Raum gereinigt wieder ab. Je nach Dichtheit des Gehäuses, der Luftführung und Art der filternden Medien funktioniert dies mehr oder weniger gut.

Häufig werden Abscheideleistungen von eingesetzten Filtern werbetechnisch gleich­gesetzt mit der Abscheideleistung des ge­samten Gerätes. Testberichte in Verbraucher­magazinen und wissenschaftliche Untersu­chungen beweisen oft das Gegenteil [8]. Auch dem Einsatz von Wasser als filterndes Element sind abscheidetechnische, aber vor allem häufig hygienische Grenzen gesetzt.

Da der Verbraucher mit der Bewertung der Qualität eines Raumluftreinigers oft über­fordert ist, testet beispielsweise der TÜV – Nord seit vielen Jahren diese und andere Produkte, die für Allergiker geeignet sein sollen. Dabei wird ein solides Prüfprogramm mit strengen Kriterien angewendet, die alle erfüllt werden müssen, bevor ein Prüfzeichen erteilt wird. Dies stellt somit eine wissen­schaftlich fundierte Orientierungshilfe für den Anwender dar und leistet einen Beitrag zum Verbraucherschutz.

In der aktuellen Ausgabe der Richtlinie VDI 6033 werden solche Prüfprogramme beschrie­ben, die notwendige Qualifikation der Prüf­institute benannt und auch die mögliche Pro­duktauslobung nach bestandener Prüfung definiert [9].

Feldversuch mit Luftreinigern

Im Rahmen eines Luftreiniger-Feldversuchs sollte in 30 exemplarisch ausgewählten Haus­halten der Nachweis geführt werden, dass sich durch den Einsatz eines Raumluftreinigers, der analog den Anforderungen der VDI 6033 geprüft und für wirkungsvoll befunden wurde, eine Verbesserung der Raumluft im Hinblick auf die Entfernung von Feinstaub­partikeln

Vor Projektbeginn wurde ein Messplan erstellt und die beteiligten Haushalte in Nordrhein-Westfalen über den Ablauf des Versuches hin­sichtlich der gerätespezifischen Eigenschaften des Raumluftreinigers, der ein­zuhaltenden und zu dokumentierenden effektiven Laufzeiten des Gerätes und sonstiger einzuhaltender Vor­gaben (z.B. Lüftungsfre­quenz) unterrichtet.

Die Versuchsreihe des Feldversuches wurde folgendermaßen aufgebaut:

Zuerst wurden die Messräume in den Pro­bandenhaushalten definiert und anschließend vermessen. Im Anschluss daran wurden die Feinstaubpartikel in den jeweiligen Räumen be­stimmt. Soweit diese Messungen abgeschlos­sen waren, wurden die Raumluftreiniger in den Räumen positioniert. Nach einer Betriebszeit von 7 Tagen bei einer täglichen Laufzeit der Geräte von 12 Stunden wurden die Partikel­messungen wiederholt. Erst nach Abschluss der Messungen wurden die Raumluftreiniger wieder abgeschaltet, die Geräte für den näch­sten Probanden auf einwandfreie Funktion überprüft und mit neuen Filtern bestückt.

Nach Abschluss der Messreihen in allen 30 Haushalten wurden effektiv 30 Wohnzimmer, 29 Schlafzimmer und 26 Kinderzimmer be­probt.

Die Ergebnisse der Partikelmessungen werden als Partikelanzahl pro m³ Luft bezogen auf die jeweilige Partikelgröße angegeben. Man un­terscheidet zwischen einer kumulativen und einer distributiven Ergebnisdarstellung.

Als kumulatives Ergebnis wird dabei die Anzahl der Partikel angegeben, die gleich groß und größer sind als der im jeweiligen Kanal angegebene Partikeldurchmesser. Als distributives Ergebnis wird dabei die Anzahl der Partikel angegeben, die größer sind, als der im jeweiligen Kanal angegebene Parti­keldurchmesser, aber kleiner als der im nächsten Kanal angegebene größere Parti­keldurchmesser. Die in dieser Feldstudie ge­wählte Darstellungsform ist distributiv, da die Partikelzahlen, die bei den jeweiligen Pro­banden ermittelt wurden, auf die jeweilige Partikelgröße bezogen werden. Verglichen werden die distributiven Partikelzahlen je Par­tikelgröße vor dem Einsatz des Raumluft­reinigers mit denen, die nach einer Woche Betriebszeit der Geräte in den Räumen er­mittelt wurden. Angegeben sind diese Dif­ferenzen als „Fraktionsabscheidegrade“ bzw. über den gesamten Feinstaubbereich

Gute Gesamtabscheidegrade über alle Räume hinweg

Der Median der Gesamtabscheidegrade für alle Räume liegt bei 46,0 % (rote Linie), der arithmetische Mittelwert bei 45,6 %. In den Schlafzimmern ist der Median etwas höher als in den anderen Räumen. Dies wahr­scheinlich deshalb, weil dort im Vergleich zu Kinderzimmern und Wohnzimmern die auf die Feinstaubkonzentration erhöhenden Ein­fluss neh­menden Randparameter, wie z.B. erhöhte Aktivitätsgrade, seltener sind.

Die breitere Box für alle Räume zeigt, dass mehr Messwerte in die Auswertung eingingen. Dies führt hier auch zu einer kleineren Ker­bung bzw. zu einem kleineren 95 % Konfi­denzintervall für den Median.

Fraktionsabscheidegrade über alle Räume und Haushalte

Die Mediane der Abscheidegrade für alle Staubfraktionen, bis auf die 0,3-µm-Fraktion, liegen im positiven Bereich. Dort ist eine Abscheidung nachgewiesen worden. Die größte Streuung wurde für die 0,3-µm-Fraktion gefunden. Die etwas schlechtere Abscheidung bei den kleineren Fraktionen (0,5–1,5 µm), negative Abscheidung der 0,3-µm-Fraktion, sowie die größere Streuung (0,3–0,5 µm) kann durch Störeinflüsse im Feldversuch erklärt werden, die die Partikel aufgewirbelt haben können. Möglicherweise spielt hier auch die Zerschlagung größerer Partikel in kleinere bei der Passage des Raumluftreinigers eine Rolle [10].

Drinnen mehr Feinstaub als draußen

Die Innenräume weisen häufig erheblich höhere Feinstaubkonzentrationen auf, als in der Au­ßen­luft zulässig ist. Durch die Verwen­dung eines Teppichbodens als Bodenbelag wird das Fein­staubvorkommen und damit die Kon­zen­tration gesundheitsgefährdender Partikel in der Raum­luft im Vergleich zum Glattboden deutlich verringert. Sowohl die Gegenüber­stellung der absoluten und auch der relativen Partikelkon­zentrationen als auch die Gegen­überstellung der Gesamtkonzentrationen be­legen dies. Die durchschnittliche Feinstaub­konzentration in In­nen­räumen mit Glattboden ist doppelt so hoch, als in Innenräumen mit Teppichboden und liegt ober­halb des Grenz­wertes, der für die Außenluft gilt. Damit ist vor allem für empfind­liche Per­sonen, die eine Vorschädigung ihrer Atemwege haben, die Auswahl eines Boden­belags, der Staub bindet und nicht in die Atem­luft abgibt, ein wesentlicher Präventionsaspekt, wie auch die Verwen­dung eines wirksamen Luft­reinigers. Im Rahmen dies­er Feldstudie wur­de festgestellt, dass der gemäß VDI 6033 ge­prüfte Raum­luftreiniger auch au­ßerhalb des Labor­prüfstandes im Praxisbetrieb eine hohe Raum­luftreinigungswirkung hat. Somit ist neben der Sinnhaftigkeit der Nutzung eines funktionie­renden mobilen Luftreinigungsgerätes auch die Praxisrelevanz der VDI 6033 er­wie­sen.

Gesundheitsgefährdende Werte mit Raumluftreinigern unterschritten

Es hat sich gezeigt, dass bei 30 Haushalten in den dort vorhandenen Wohn-, Schlaf- und Kinderzimmern bei bestimmungsgemäßem Gebrauch über sieben Tage eine Reduzierung der Feinstaubkonzentration in der Raumluft im Mittel um 46 % festgestellt werden konn­te. Dies bedeutete im Einzelfall, dass Räume, in denen die Feinstaubkonzentration ober­halb des Grenzwertes von 50 µg/m³, der für die Außenluft gilt, lag, innerhalb einer Woche diese gesundheitsgefährdende Kon­zentration mithilfe des Raumluftreinigers unterschritten haben. Bei prognostischer Be­trachtungsweise der Erhöhung der Raum­luftqualität ist davon auszugehen, dass mithilfe eines solchen Gerätes dauerhaft relevante Gefährdungs­potenziale abgebaut werden können. Dazu trägt auch die ermit­telte hohe Akzeptanz der Nutzer bei, die neben der subjektiv empfundenen Verbes­serung der Luftqualität vor allem in dem geräuscharmen Betrieb der hier getesteten Geräte begründet ist.

Normalerweise ist die Bewertung eines Feldversuches für Raumluftreiniger sehr schwierig, da es über den Be­wertungszeitraum von einer Woche zu einer Fülle von Einflussfaktoren in den Haushalten kommen kann, die eine statistisch relevante Einschätzung unmöglich machen. In dieser Studie war jedoch die Streuung der Ein­zelergebnisse über die Haushalte, aber auch innerhalb der Zimmertypen so gering, dass das positive Endergebnis als statistisch ab­gesichert angesehen werden kann.

Literaturhinweis

[1] Möhlmann, C.: Staubmesstechnik – damals bis heute. Gefahrstoffe Reinhaltung der Luft 65 (2005)

[2] Winkens, A.: Allergene – Grenzen der Abschei­dung in RLT-Anlagen. VDI – Berichte 1782, Luft­hygiene Tagung zur VDI 6022 und VDI 6032

[3] Winkens, A.: Biogenetic Harmful Substances on Workplaces – Causes, Impacts, Strategies of Measurement and Warnings. Air Protection. Bratis­lava: Elenprint 2002

[4] Winkens, A., Praetorius, F.: Feinstaubbelastungen in der Innenluft – Einflussparameter Bodenbelag. VDI – Berichte 1921, VDI – Tage der Gebäudetechnik

[5] Winkens, A.: Feinstaub im Innenraum – ein unterschätztes Problem. HLH 9/2006. Düsseldorf: Springer – VDI

[6] Winkens, A.: Expositionen und gesundheitliche Beeinträchtigungen in Bürogebäuden, Fraunhofer IRB Verlag

[7] Födisch, H.: Staubemissionsmesstechnik, Stand der Technik – Messverfahren – Anwendungsbeispiele, Expert Verlag

[8] Winkens, A.: Gefahrenquelle Raumluft. Allergie konkret 1/2001. Hrsg. Deutscher Allergie- und Asthmabund

[9] VDI 6033, Blatt 1, Entwurf: Anforderung an die Prüfung, Bewertung und Zertifizierung von tech­nischen Produkten und Komponenten zur Vermei­dung allergener Belastungen 7/2006

[10] Winkens, A., Praetorius, F.: Feinstaubreduktion im Innenraum durch mobile Luftreinigungsgeräte. VDI – Berichte 1969, Hygienemanagement: Soll / Muss es demnächst auch einen Hygienepass geben? Düsseldorf: VDI – Verlag 2007

Unser Autor Dr. Dipl.-Ing. Andreas Winkens referierte zu diesem Thema auf dem 1. Deutschen Forum Innen­raumhygiene im Oktober 2007 in Bochum. Er ist Geschäftsführender Gesell­schafter der Gesellschaft für Umwelt- und Innen­raumanalytik in Mönchengladbach; Telefon (0 21 61) 82 39 20, E-Mail: winkens@gui-lab.de, Internet https://www.gui-lab.de/