Covid19 – Auf der Suche nach einer guten Lösung für die Luftqualität

Die WHO und Regierungen auf der ganzen Welt empfehlen eine gute Belüftung von Innenräumen. Sie haben mittlerweile erkannt, dass Covid19 hauptsächlich über Partikel in der Luft übertragen wird und dass das Übertragungsrisiko durch kontaminierte Oberflächen eher gering ist.

Dieser Artikel befasst sich mit den wichtigsten Faktoren für die Suche nach der passenden Belüftung bzw. Luftreinigung, um eine wirksame Strategie zur Minderung des Risikos einer Übertragung von Covid19 über die Luft zu entwickeln. Er beleuchtet folgenden Schlüsselfaktoren:

• Die Belegungsrate eines geschlossenen Raums
• Die Größe und die Umgebungsbedingungen des Raums
• Die Intensität der Atmung und andere Verhaltensfaktoren der Raumnutzer
• Im Gesundheitswesen sind die Anforderungen an die Luftreinigung wesentlich höher, was andere Messungen erfordert 

WAS BEGÜNSTIGT DIE ÜBERTRAGUNG VON COVID19 ÜBER DIE LUFT?

In einem früheren Artikel wurden die verschiedenen Übertragungsarten von Covid19 erörtert, wobei auf wichtige wissenschaftliche Untersuchungen verwiesen wurde. Diese zeigten, dass die Hauptübertragungswege das direkte Einatmen von großen Tröpfchen und kleineren Aerosolen sind. Abschließend wurden Strategien zur Begrenzung der Übertragung vorgestellt, darunter das Tragen von Masken und die Einhaltung von Sicherheitsabständen sowie die Belüftung von Räumen mit frischer Außenluft. Und wenn diese Lösungen nicht möglich waren, sollte die Luft mechanisch mit hochwertigen Filtern gereinigt werden, um die Ansammlung von Tröpfchen und Aerosolen im Raum zu verhindern.

Es gibt einige wichtige Faktoren, die es bei einer Verringerung der Übertragung von Covid19 über die Luft zu beachten gilt:

• Keine Frischluftzufuhr: Höheres Übertragungsrisiko in geschlossenen Räumen nimmt bei schlechter Belüftung zu.
• Menschenansammlungen: Je mehr Menschen sich auf engem Raum aufhalten, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein Viruswirt anwesend ist. Mehr Menschen führen zu einer stärkeren Aerosolbildung – ein wichtiger Faktor in kleinen, schlecht belüfteten Räumen.
• Umwelteinflüsse: Kühle, trockene, dunkle Bedingungen begünstigen das Überleben des Virus.
• Symptome: Asymptomatische infektiöse Personen sind schwerer zu identifizieren – sie haben möglicherweise weder Husten noch Fieber.
• Nähe: Das Infektionsrisiko steigt, je geringer der Abstand zwischen den Personen ist oder wenn sich die Personen ohne Schutz durch Masken direkt gegenüberstehen.
• Dauer: Das Infektionsrisiko steigt, je länger sich jemand in unmittelbarer Nähe einer infizierten Person aufhält.
• Aktivität: Sprechen, lautes Sprechen, Singen oder sportliche Betätigung erhöhen die Atemfrequenz von Personen und damit das Risiko den Ausstoß von kontaminierten Aerosolen.

WAS MACHT GUTE BELÜFTUNG AUS?

Die kürzlich aktualisierte Website der britischen Gesundheitsbehörde HSE enthält neue Leitlinien zur Bekämpfung der Risiken der Covid19-Aerosolübertragung. Darin wird empfohlen, die Belüftung zu bewerten und die Frischluftzufuhr zu verbessern, wenn sie nicht dem Standard entspricht, und wenn dies nicht möglich ist, mechanische Luftreinigungsanlagen einzusetzen (allerdings nur solche, die HEPA- und UVC-Technologien verwenden). Dies entspricht den Empfehlungen des SAGE-Ausschusses in seinem Bericht vom November 2020. 

Wichtige Fragen zur Belüftung: Wie aus den obigen Risikofaktoren hervorgeht, sind die wichtigsten Aspekte, die bei der Belüftung zu berücksichtigen sind, folgende:

• Die Anzahl von Personen in einem Innenraum 
• Der Luftstrom der vorhandenen Lüftungsanlagen
• Die Größe und die Umgebungsbedingungen des Innenraums 

Die anderen Risikofaktoren (Symptome, Nähe, Dauer und Aktivität) sind allesamt Verhaltensfragen, die durch Verhaltensrichtlinien und -praktiken (Einsatz von PSA, Masken, soziale Distanzierung in Räumen usw.) angegangen werden.

In den Leitlinien der britischen Regierung (i.) heißt es, dass eine gute Belüftung dadurch erreicht werden kann, dass 10 Liter Frischluft pro Sekunde und Person (l/s/p) in einem Raum bereitgestellt werden, was 36 Kubikmetern pro Person und Stunde entspricht (ii.). 

Angesichts der Covid19-Pandemie gibt die ASHRAE, die American Society of Heating, Refrigerating and Airconditioning Engineers, an, dass Einrichtungen aller Art den Mindestaußenluftstrom von (iii.) einhalten sollten:

• 3,8 l/s/p für die meisten Einzelhandelsgebäude
• 0 l/s/p für Turnhallen, Fitnessstudios, Aerobic- und Krafträume
• 3,8-5 l/s/p für Bildungsgebäude 

Raumgröße als Richtwert der Infektionswahrscheinlichkeit: Die nachstehende Abbildung 1 zeigt die Aerosolkonzentration in zwei sehr unterschiedlich großen Räumen mit verschiedenen Belegungsgraden und unterschiedlichen Lüftungsgraden: 1, 5 bzw. 10 l/s/p). Wie zu erkennen ist, ergibt sich bei guter Belüftung (10 l/s/p) (iv.):

• eine deutliche Verringerung der Partikelkonzentration im kleineren Büro
• kein erkennbarer Unterschied zur bereits niedrigen Konzentration in der größeren Sporthalle 

Dies macht Sinn, wenn man bedenkt, dass in dem kleinen 20-Personen-Büro nur 15 m3 Raum pro Person zur Verfügung stehen, während es in der größeren 160-Personen-Sporthalle ~55 m3 Luft pro Person sind. Der erste Faktor, den es zu bewerten gilt, ist also die Anzahl der Personen, die sich in einem Raum aufhalten, und die Frage, ob die Belüftung von 10 l/s/p erreicht wird oder nicht. 

WELCHEN EINFLUSS HABEN VERHALTENSBEDINGTE FAKTOREN?

Verschiedene Studien zeigen, dass sich die Anzahl der emittierten Aerosole mit dem Verhalten und der Aktivität der Menschen ändert (v. & vi.). Die Abbildungen 2 und 3 zeigen, wie Atmen, Singen, Sprechen und Husten zu wechselnden Mengen an aerosolierten Partikelemissionen führen. Was aus den folgenden Daten hervorsticht, ist erstens die große Bandbreite der Ergebnisse jeder Aktivität und zweitens, aber nicht weniger wichtig: der exponentielle Anstieg einiger Aktivitäten im Vergleich zu anderen (beachten Sie die logarithmischen Skalen). 

Die Art der Emission (Atmen, Singen usw.) ist jedoch nur ein zu berücksichtigender Verhaltensfaktor – der andere ist ihre Dauer. Während ein einmaliger Husten eine große Menge an Aerosolen ausstößt, kann eine sportliche Betätigung über einen langen Zeitraum andauern, so dass die Gesamtmenge an Aerosolen, die bei einer sportlichen Betätigung ausgestoßen wird, weit über ein paar Mal Husten hinausgeht. 

Bei körperlicher Betätigung wird sowohl tief als auch schnell eingeatmet. Eine Studie hat ergeben, dass die Emission von Aerosolpartikeln bei tiefer Ausatmung im Vergleich zur normalen Atmung um das Vier- bis Sechsfache und bei schneller Einatmung um das Zwei- bis Dreifache ansteigen kann, was einen maximalen Anstieg um das 18-fache bedeutet (vii.). Daher ist die Besorgnis über hohe Aerosolpartikelkonzentrationen in Indoor-Sportzentren, Fitnesszentren und Sporthallen berechtigt.

Wie bereits erwähnt, empfiehlt die ASHRAE 10 l/s/p für Sporthallen, das ist das 2,6-fache der für Einzelhandelsräume empfohlenen Belüftung, was den Richtlinien des niederländischen Staates entspricht, der 11,1 l/s/p und damit das 3,2-fache der für andere Gebäude empfohlenen Belüftung empfiehlt (viii.).

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das menschliche Verhalten ein Schlüsselfaktor ist, der in einem geschlossenen Raum berücksichtigt werden muss, wobei zu bedenken ist, dass in einigen Ländern die Belüftung in Sporthallen um das 2,5- bis 3,2-fache höher sein muss als in Räumen, in denen normales Atmen möglich ist. 

EINE AUSNAHME FÜR GESUNDHEITSEINRICHTUNGEN

Als die WHO schließlich im letzten Quartal 2020 die Übertragung über die Luft als größtes Risiko für die Verbreitung von COVID-19 anerkannte, empfahl sie, dass die Belüftung von Innenräumen mindestens 6 Luftwechsel pro Stunde erreichen sollte (ix.). Die Forderung nach einer bestimmten Anzahl von Luftwechseln pro Stunde (ACH) ist eine alternative Möglichkeit, eine angemessene Belüftungsmenge festzumachen. 

Die Berechnung des Luftwechsels pro Stunde in einem Raum umfasst drei Faktoren:

• die Luftmenge, die in den Raum eingeleitet oder gereinigt wird (in m3) 
• die Dauer der Luftreinigung (60 Minuten)
• das Gesamtvolumen des Raums (in m3)

Im obigen Beispiel würde die Reinigung von 300 m3 Luft für eine Stunde in einem Raum mit 100 m3 Volumen dazu führen, dass 3 ACH für diesen Raum erreicht werden. 

Ein ACH-Standard mag als vage Empfehlung erscheinen, da er weder die Belegung des Raums noch das Atemverhalten der Personen im Raum berücksichtigt. Wenn jedoch in kleinen Räumen eine sehr große Menge an Lüftung/Reinigung erforderlich ist, unabhängig von der Raumbelegung, dann ist der ACH-Standard ein praktischer Richtwert. Der Begriff ACH wird im Gesundheitswesen typischerweise verwendet, wenn durch hohe ACH-Werte Infektionen bei immungeschwächten Personen verhindert werden solle, die sich gerade von Krankheiten, Operationen oder chronischen Krankheiten erholen (z. B. Lungenkrankheiten). Die ACH-Richtlinien werden auch verwendet, wenn Aerosol erzeugende Verfahren (AGPS) durchgeführt werden, z. B. von Zahnärzten, bei denen große Mengen von Aerosolen in die Luft freigesetzt werden, was das Infektionsrisiko erhöht.

In den Leitlinien von Public Health Vereinigtes Königreich heißt es, dass ein zweimaliger Luftwechsel für Krankenhausstationen angemessen sei, aber es wird nicht gesagt, ob dies nachweislich ausreicht, um das Risiko zu verringern. Intensivstationen können bis zu 12 ACH haben, ähnlich wie Zahnärzte, während ein Operationssaal in einem Krankenhaus 25 ACH hat (x.). Um diese extrem hohe Belüftungsmenge in die richtige Perspektive zu rücken, würden 25 ACH in einem 270 m3 großen Operationssaal mit 10 anwesenden Personen das Äquivalent von 375 Litern Luft pro Sekunde pro Person erreichen. 

Angesichts der Notwendigkeit, extrem hohe Belüftungs- und Luftreinigungsniveaus zu gewährleisten, ergibt es Sinn, dass ACH-Normen zur Bestimmung der Belüftungs- und Luftreinigungsraten im Gesundheitssektor verwendet werden.

FAZIT: WAS MACHT EINE GUTE LUFTREINIGUNGSLÖSUNG AUS?

Rensair bestimmt die besten Luftreinigungslösungen für seine Kunden mit schlecht belüfteten Räumlichkeiten und beachtet dabei die Belegungsrate, die Raummaße und den Anwendungsfall. Jede einzelne Lösung: 

• ist einzigartig gestaltet, um die individuellen Luftreinigungsanforderungen jedes Kunden zu erfüllen 
• wird auf der Grundlage der umfassenden Kenntnisse von Rensair über die neuesten gesetzlichen Vorschriften und wissenschaftlichen Forschungen entwickelt
• nutzt die Erfahrung aus der Zusammenarbeit mit dem Gesundheitssektor und einer Vielzahl von Unternehmen weltweit
• verwendet extrem hochwertige HEPA- und UVC-Technologie in einer patentierten tragbaren Luftreinigungseinheit in Krankenhausqualität, deren unabhängige Labortestergebnisse ihre Wirksamkeit bei der Luftreinigung unabhängig vom Aufstellungsort in einem Raum belegen. 

• contact Rensair should you wish to find out more or determine a solution for your business, or
• Wenden Sie sich an Rensair, wenn Sie mehr erfahren oder eine Lösung für Ihr Unternehmen finden möchten, oder vereinbaren Sie einen unverbindlichen Beratungstermin mit einem unserer Experten, bei dem wir Ihre Anforderungen an die Luftreinigung besprechen – dies kann entweder per Video- oder Telefonanruf geschehen. 

QUELLEN

1. CIBSE Guide B Heating, Ventilating, Air Conditioning and Refrigeration (2016)
2. 10 litres per second = 36 cubic metres per hour [(10 * 60 * 60)/1000]
3. ASHRAE: Belüftung for acceptable indoor air quality ANSI/ASHRAE Standard 62 (2019)
4. Prof C. Noakes, Hazards Forum Seminar (17/03/2021)
5. Comparing the Respirable Aerosol Concentrations – Gregson et al.
6. The effect of respiratory activity on total aerosol emissions – Wilson & al.
7. The mechanism of breath aerosol formation – G.R. Johnson and L. Morawska
8. Ventilation and air cleaning to limit aerosol particle concentrations in a gym during the COVID-19 pandemic. – Blocken et al.
9. WHO’s Science in 5 on COVID-19 – Ventilation – 30 October 2020
10. Personal protective equipment during the COVID – Cook