Als Aerosol bezeichnet man ein Gemisch aus Luft mit darin verteilten festen oder flüssigen Partikeln. Aerosolpartikel sind zwischen ca. 0,001 und mehreren 100 μm groß. Sie werden beim Atmen und Sprechen freigesetzt – durch Niesen und Husten entstehen zusätzlich noch mehr Tröpfchen. Entsprechend ihrer Größe halten sich die Partikel längere Zeit in der Luft und sinken unterschiedlich langsam zu Boden.
Während Virusübertragungen durch Aerosole im Außenbereich relativ selten vorkommen, ist die Wahrscheinlichkeit einer Konfrontation mit Tröpfchen und Aerosolen speziell in Innenräumen im Umkreis von 1 bis 2 m einer infizierten Person deutlich erhöht. Der Aufenthalt in schlecht oder nicht belüfteten Räumen kann die Wahrscheinlichkeit einer Übertragung auch noch über größere Distanz erhöhen. Dies ist besonders dann der Fall, wenn etwa eine infektiöse Person viele Partikel ausstößt.
Durch diese stetige Anreicherung und Verteilung der Aerosole in der Raumluft ist das Einhalten des Mindestabstandes oder das Aufstellen von Trennwänden meist nicht mehr ausreichend. Dies ist vor allem für Schulen, Kindergärten oder Firmen mit Großraumbüros und Besprechungsräumen ein großes Problem.
In schlecht belüfteten Räumen besteht höhere Infektionsgefahr
Die menschlich verursachten Luftanteile Kohlenstoffdioxid (CO2) und Aerosole belasten die Raumluft also ebenso wie die bereits in der Vergangenheit vielfach diskutierten Konzentrationen von Luftschadstoffen aus Baumaterialien, Einrichtungsgegenständen oder Haushaltschemikalien.
Zusammenfassend kann man heute feststellen: Ohne geeignete Lüftungsmaßnahmen nimmt die Konzentrationsfähigkeit ab und das Risiko unzureichender Raumlufthygiene sowie ansteckender Aerosolkonzentration in einem Raum steigt enorm an. Nur mit ausreichender Frischluftversorgung können Infektionsrisiken verringert und eine mangelhafte Lufthygiene vermieden werden.
Eine aktuelle Studie des Hermann-Rietschel-Instituts (TU Berlin) belegt, dass die CO2-Konzentration ein sehr guter Indikator für die Aerosolkonzentration im Raum ist, da Menschen permanent CO2 wie auch Aerosole in die Luft abgeben.1) Aufgrund dieses direkten Zusammenhangs können sich Personen eine gewisse Zeit im Raum aufhalten, bis eine bestimmte Virendosis eingeatmet wird.
Ein erhöhter und gut geplanter Luftaustausch mit unbelasteter Frischluft vor dem Überschreiten gefährlicher Schwellenwerte kann die CO2- und Aerosolkonzentration auf Dauer niedrig halten. Je niedriger die Konzentrationen, umso niedriger auch die Dosis an Aerosolen, die im Raum befindliche Personen einatmen können. Damit reduziert sich das Ansteckungsrisiko.
Bild: Afriso
CO2-Konzentration als Leitgröße
Für einen hygienischen Mindestluftwechsel rechnet man üblicherweise bei der Frischluftzufuhr in Wohnräumen mit einem Luftwechsel von 25 m3 pro Person und Stunde, um eine akzeptable CO2-Konzentration zu gewährleisten. Dies reicht aber bei geringer Raumluftqualität nur dann aus, wenn nicht geraucht wird, offene Flammen einen eigenen Abzug besitzen, keine flüchtigen Lösungsmittel von Bauprodukten oder Einrichtungsgegenständen abgegeben werden und auch auf geruchsintensive Haushalts- und Hobbychemikalien verzichtet wird.
Auch die Technischen Regeln für Arbeitsstätten (ASR A3.6) geben vor, dass „ausreichend zuträgliche Atemluft“ vorhanden sein muss. So sind etwa ab einer CO2-Konzentration von 1000 ppm (parts per million) Gegenmaßnahmen einzuleiten und von den Arbeitsschutzbeauftragten in den Gefährdungsbeurteilungen zu dokumentieren.
Energieeffizient Infektionsrisiko minimieren
Der Richtwert von 1000 ppm für die CO2-Konzentration in Wohn- und Aufenthaltsräumen wurde bereits 1858 von dem Hygieniker Max von Pettenkofer vorgeschlagen. Diese Konzentration korreliert grob mit der Geruchsintensität menschlicher Ausdünstung sowie etwa mit der Menge eines Teils flüchtiger organischer Verbindungen (VOC).
So wie der vom Menschen verunreinigte Luftanteil in Räumen steigt, erhöhen sich auch die Konzentrationen von Luftschadstoffen aus den Baumaterialien, Einrichtungsgegenständen und Haushaltschemikalien (z. B. Gerüche, Allergene, Biozide, Tabakrauch, VOC, krebserzeugendes Formaldehyd). Wie die jüngsten wissenschaftlichen Studienergebnisse zeigen, besteht ein Zusammenhang zwischen steigender CO2-Konzentration in der Umgebungsluft und signifikanten Defiziten bei der kognitiven Leistungsfähigkeit.
Eine optimale Raumlufthygiene steigert die kognitive Leistungsfähigkeit. Bei Personen, die in Umgebungen mit CO2-Konzentrationen bis maximal 600 ppm lernen oder arbeiten, sind die kognitiven Leistungen doppelt so hoch wie bei Personen, die sich länger in Räumen mit 1000 ppm befinden. Für den lufthygienisch akzeptablen Bereich mit einem Zielwert von ≤ 800 ppm CO2 bei geistiger Tätigkeit liegt der Frischluftbedarf in Innenräumen bei mindestens 54 m³ pro Person und Stunde.
Im Sinne der Energieeffizienz widerspricht eine ausreichend hohe Frischluftversorgung zwar dem grundsätzlichen Ziel eines möglichst niedrigen Luftwechsels. In Zeiten des Coronavirus und steigender Covid-19-Erkrankungen wirkt sich eine geringe Lüftungsqualität in Räumen mit häufiger Nutzung durch mehrere Personen jedoch äußerst negativ auf ein mögliches Infektionsrisiko aus. Deshalb darf je nach Aufenthaltsdauer oder Nutzung die individuell erforderliche Mindestlüftung in Räumen keinesfalls außer Acht gelassen werden.
Bilder: Afriso
Mit CO2-Sensoren CO2-Konzentration messen und gezielt lüften
CO2-Konzentrationen für gezielte Lüftungsmaßnahmen lassen sich bei geringem Aufwand mit CO2-Sensoren bestimmen. Im Optimalfall wird die Konzentration in einer einfach verständlichen Ampel direkt am Gehäuse angezeigt, wie etwa beim CO2-Sensor von Afriso. Mit der dezenten LED-Anzeige haben Nutzer die Lüftungsempfehlungen immer im Blick, ohne dass die Arbeit oder das Lernen mit akustischen Hinweisen beeinträchtigt wird.
Steigt der Wert auf Gelb, ist die Schwelle von 1000 ppm CO2 überschritten. Spätestens bei roter LED und einer Konzentration von über 1500 ppm ist es höchste Zeit zum Lüften. Sobald die LED wieder grün leuchtet, ist der Wert unter 1000 ppm und die Fenster können geschlossen werden.
Auf diese Weise wird ein unnötig langes Öffnen der Fenster vermieden und Heizkosten werden gespart. Besonders praktisch für Lehrer, Dozenten und alle, die in verschiedenen Räumen arbeiten müssen, ist auch die mobile Anwendung dieser CO2-Ampel. Durch die Steckanschluss-Ausführung gibt es keine lästigen Netzkabel und der Sensor kann direkt in jede Schuko-Netzsteckdose eingesteckt werden.
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Soll jederzeit die exakte CO2-Konzentration angezeigt werden oder sollen die gemessenen Werte als Auslöser für weitere Aktionen genutzt werden, bietet sich der CO2-Sensor F von Afriso an. Diese Enocean-Funk-Variante lässt sich direkt in das Smarthome-System des Herstellers einbinden, um z. B. Lüftungsanlagen und weitere Alarmgeber zu schalten oder Heizungen über die Lüftungsdauer herunterzuregeln.
Die Beziehungen der Sensoren und Aktoren untereinander lassen sich in der zugehörigen App über Wenn-dann-Verknüpfungen herstellen. Alarmschwellen sind frei wählbar und auf Wunsch können Push-Mitteilungen aufs Smartphone geschickt oder E-Mails versendet werden.
Auf diese Weise lässt sich auch in der Heizsaison die optimale Balance zwischen idealer Raumlufthygiene und geringem Energieeinsatz in Wohnbereichen, Klassenzimmern, Kindergärten, Altersheimen, Krankenhäusern, Tageskliniken, Sporthallen, Büro- und Verkaufsräumen und vielen weiteren öffentlichen Räumen erreichen. Da in der App auch die Verlaufswerte dokumentiert werden, können diese jederzeit z. B. in Bezug zu weiteren Parametern wie Raumbelegungszahlen o. Ä. ausgewertet werden.
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Fazit
Beim Aufenthalt mehrerer Personen in einem Raum lassen sich Covid-19-Infektionen kaum zu 100 % ausschließen. Präventiv kann jedoch abhängig von der gemessenen CO2-Konzentration zielgerichtet und mit ausreichend Frischluft gelüftet werden. Aus gesundheitshygienischer Perspektive sollte in der Zeit der Corona-Pandemie der CO2-Richtwert für die höchste Raumluftqualität bei intensiver Raumnutzung nicht überschritten werden. Das kann erheblich zur Reduktion des Infektionsrisikos beitragen. CO2-Werte unter 600 ppm wären dabei ideal.
Eine Aerosolbelastung von unbelasteten Innenräumen soll bei Lüftungsmaßnahmen vermieden werden, deshalb unbedingt ins Freie lüften. Bei zentralen Lüftungsanlagen muss auf den Umluftbetrieb verzichtet werden. Die Überwachung von Kohlendioxid (CO2) unterstützt effektive, gezielte sowie energiesparende Lüftungsmaßnahmen, dient der Gesundheit und fördert zusätzlich das Leistungsvermögen sowie die Vitalität.
Dieser Artikel erschien zuerst in der Heftausgabe 04-2021 der SBZ unter dem Titel „Richtige Lüftung reduziert Infektionsrisiko“ von Johann Kegele und Frank Altmann.
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