Infekti?se Aerosole in Innenr?umen

Eine Frau tr?gt einen Mundschutz und guckt aus dem Fensterzum Vergr??ern anklicken
Das Tragen von Mund-Nasen-Bedeckungen kann dabei helfen, die Verbreitung von Viren einzud?mmen
Quelle: Luis Alvarez / Gettyimages

Inhaltsverzeichnis

 

Was sind Aerosole?

Als ⁠Aerosole⁠ werden Mischungen von festen oder flüssigen Partikeln (?Schwebeteilchen“) in einem Gas oder Gasgemisch (z. B. Luft) bezeichnet. Aerosolpartikel aus der Umwelt sind von sehr unterschiedlicher Gr??e und haben Durchmesser von etwa 1 Nanometer (nm) bis zu mehreren 100 Mikrometern (μm). Gr??ere Partikel sinken schnell zu Boden. Partikel kleiner als 10 μm k?nnen Stunden bis Tage in der Luft verbleiben.

Aerosole sind generell nicht stabil und ver?ndern sich in der Regel in Abh?ngigkeit von Luftfeuchtigkeit, Temperatur und weiteren physikalischen und chemischen Prozessen im Laufe der Zeit. Aerosole k?nnen auch Bakterien und Viren enthalten. Die Vielfalt der Partikel und Aerosole in unserer Umwelt sowie eine Gr??eneinordnung wird in Abbildung 1 ersichtlich.

Im medizinischen Bereich wird oft unterschieden zwischen der sog. ?Tr?pfcheninfektion“ und der Infektion ?über Aerosole“ [1]. Gr??ere, teilweise gerade noch sichtbare, flüssige Aerosolpartikel (meist gr??er als 5 μm bis ca. 500 μm Durchmesser) werden in diesem Zusammenhang als Tr?pfchen und nur diejenigen kleiner als 5 μm als Aerosol bezeichnet. Physikalisch handelt es sich aber bei beidem um Aerosole und auch bezüglich ihrer Eigenschaften gibt es keine scharfe Grenze zwischen ?Tr?pfchen“ und sonstigen Aerosolen, der übergang ist flie?end. Im folgenden Text wird daher nur von Aerosolpartikeln oder auch kurz Partikeln gesprochen.

Abbildung 1: Arten und Gr??enbereiche von Partikeln und Partikelfraktionen [2].
Abbildung 1: Arten und Gr??enbereiche von Partikeln und Partikelfraktionen [2].
Quelle: Umweltbundesamt
 

Wie entstehen Aerosole, die SARS-CoV-2-Viren enthalten?

Mit der ausgeatmeten Luft verbreitet jeder Mensch eine Reihe von Gasen und auch Aerosolpartikel in seiner unmittelbaren Umgebung [3]. Beim Sprechen, Rufen, Singen, insbesondere aber beim Husten, Niesen oder unter k?rperlicher Anstrengung werden vermehrt Partikel emittiert. Wenn sich Krankheitserreger wie SARS-CoV-2-Viren in den Atemwegen befinden, entstehen ⁠Aerosole⁠, die diese Krankheitserreger enthalten k?nnen. Im Fall von SARS-CoV-2-Viren ist die Bildung solcher Aerosole besonders problematisch, weil auch infizierte Personen ohne Symptome virushaltige Partikel ausscheiden k?nnen.

Das Spektrum der ausgeschiedenen Partikel ist beim Atmen, Singen, Husten oder Niesen unterschiedlich. Beim normalen Atmen entstehen vorwiegend kleine Partikel (< 5 μm). Beim Sprechen und Singen werden im Vergleich zum Atmen vermehrt solche Partikel ausgeschieden, w?hrend beim Husten und Niesen zus?tzlich gr??ere Partikel bis 100 μm Durchmesser und mehr entstehen. Feuchte Aussprache erzeugt noch gr??ere, mit dem Auge sichtbare Speicheltropfen.

Coronaviren selbst haben einen Durchmesser von 0,12–0,16 μm, werden aber in der Regel als Bestandteil gr??erer Partikel ausgeschieden, die sich je nach ihrer Gr??e unterschiedlich lange in der Luft halten und unterschiedlich weit mit der Luftstr?mung transportiert werden k?nnen.
Die ausgeschiedenen Aerosolpartikel ver?ndern sich je nach Umgebungsbedingungen bezüglich ihrer Gr??e und Zusammensetzung. Partikel schrumpfen beim übergang aus dem Atemtrakt in die Raumluft in der Regel durch ⁠Verdunstung⁠ an enthaltenem Wasser. Die genauen Prozesse, die zur Ausbildung und Ver?nderung solcher Aerosolpartikel führen, sind von einer Vielzahl unterschiedlicher Faktoren abh?ngig und im Einzelfall kaum vorherzusehen.

 

Wann kann es über Aerosole zu COVID-19-Erkrankungen kommen?

Folgende Bedingungen müssen erfüllt sein, damit über Aerosolpartikel eine COVID-19-Erkrankung ausgel?st werden kann:

  • Die Menge infekti?ser SARS-CoV-2-Viren im Aerosol ist gro? genug, dass es bei menschlichem Kontakt mit dem Aerosol prinzipiell zu einer Infektion kommen kann. Diese Menge an Viren (Infektionsdosis) ist derzeit noch nicht bekannt und vermutlich von individuellen Faktoren abh?ngig.
  • Das virushaltige Aerosol trifft auf empfindliche Zellen (z. B. Zellen der Atemwege, aber auch der Bindeh?ute der Augen) einer nicht infizierten Person.
  • Es kommt zu einer Vermehrung des Virus in diesen Zellen.

Bezüglich der Gef?hrdung durch virushaltige Partikel gibt es zwei gegenl?ufige Effekte:

Gr??ere Partikel k?nnen absolut gesehen mehr Viren enthalten und somit potenziell infekti?ser sein. Gleichzeitig sinken gr??ere Tr?pfchen schneller zu Boden, stehen also nur für einen kürzeren Zeitraum für luftübertragene Infektionen zur Verfügung. Zur Verminderung eines Infektionsrisikos durch solche gr??eren Partikel wurde die Abstandsregelung von 1,5 m empfohlen.

Kleinere Partikel in einem Aerosol enthalten tendenziell weniger Viren, k?nnen aber l?nger im Schwebezustand in der Luft verbleiben. Damit k?nnen sie auch über gr??ere Distanzen als 1-2 m und für l?ngere Zeitr?ume ein Infektionsrisiko darstellen [4]. Der Bericht von Infektionen w?hrend einer mehrstündigen Chorprobe, bei der soziale Abstandsregeln bereits eingehalten wurden, legt den Schluss nahe, dass das dort beobachtete erh?hte Infektionsgeschehen durch eine übertragung kleinerer Partikel mit langer Aufenthaltsdauer in der Raumluft hervorgerufen wurde [5].

 

Wie kann das Infektionsrisiko über Aerosolpartikel vermindert werden?

Zum einen k?nnen Ma?nahmen ergriffen werden, um das Ausscheiden von Aerosolpartikeln zu vermindern. Hierzu geh?ren die Niesetikette (Niesen in die Armbeuge oder in ein Tuch) und das Tragen einer Mund-Nasen-Bedeckung [1]. Durch das Tragen einer Mund-Nasen-Bedeckung wird die Menge der freigesetzten Aerosolpartikel deutlich reduziert, wobei der Wirkungsgrad mit der Partikelgr??e zunimmt [5, 6]. Dies bedeutet, dass kleinere Partikel weniger gut von einer Mund-Nasen-Bedeckung zurückgehalten werden als gr??ere.

Zum anderen k?nnen die bekannten Abstandsma?nahmen ergriffen werden, um zu vermeiden, dass ausgeschiedene Aerosolpartikel unverdünnt von einer Person zur n?chsten gelangen k?nnen (siehe Abbildung 2) [1]. In bestimmten Situationen, in denen sich kleinere Partikel in der Luft anreichern k?nnen, ist diese Ma?nahme aber nicht ausreichend [4].

In Innenr?umen ist aufgrund des beschr?nkten Luftvolumens die Wahrscheinlichkeit einer Anreicherung infekti?ser Partikel generell h?her als im Freien. Daher besteht beim Aufenthalt von mehreren Menschen in Innenr?umen ein erh?htes Infektionsrisiko. Für die Wahrscheinlichkeit, dass es in Innenr?umen zu einer Infektion kommt, spielen zahlreiche Faktoren eine Rolle, die von Fall zu Fall sehr unterschiedlich sein k?nnen: u. a. Zahl der anwesenden Personen, Aktivit?t der Personen, Raumvolumen, Luftwechsel, Luftstr?mung, die Art der vorhandenen Lüftung (Fensterlüftung, Lüftungsstechnik) und eventuell eingesetzte Filter.

Besonders kleine R?ume, wie Toilettenr?ume, Gemeinschaftsküchen, Umkleide- und Aufzugskabinen oder kleine Büros, sind in dieser Hinsicht problematisch, wenn sie von mehreren Personen genutzt werden. Hier müssen strikt einzuhaltende Nutzungspl?ne erarbeitet werden, um eine zeitliche oder r?umliche Trennung der Nutzerinnen und Nutzer zu erreichen. Auch in Besprechungsr?umen muss darauf geachtet werden, dass diese nicht von zu vielen Personen gleichzeitig genutzt werden und sich die Anzahl der Personen bzw. deren Aufenthaltsdauer nach den r?umlichen Gegebenheiten (z.B. Raumgr??e, Luftwechsel) richtet. Au?erdem k?nnen angepasste Lüftungskonzepte zur Reduktion der Partikelkonzentration beitragen (siehe Frage unten).

In Innenr?umen sollten bei Zusammenkünften alle Aktivit?ten vermieden werden, die dazu führen, dass vermehrt Aerosolpartikel ausgeatmet werden und sich damit die Konzentration infekti?ser Partikel erh?ht, sofern diese in der ausgeatmeten Luft vorhanden sind. Zu solchen Aktionen geh?rt das gelegentliche (nicht zwingend mit einer infekti?sen Erkrankung assoziierte) Niesen und Husten, welches aus diesen Gründen in die Armbeuge erfolgen sollte. Aber auch Singen, Rufen und Schreien führen dazu, dass vermehrt Partikel entstehen und sich in Innenr?umen anreichern. Auch beim Musizieren mit (Blas-)Instrumenten k?nnen Aerosolpartikel entstehen. Zu bedenken ist, dass auch sportliche Aktivit?ten, die mit einer erh?hten Atemrate einhergehen, zu einer vermehrten Ausatmung von Aerosolpartikeln führen. Lassen sich erh?hte Aerosolfreisetzungen nicht vermeiden, empfiehlt es sich, umso intensiver zu lüften (siehe unten) oder Aktivit?ten nach M?glichkeit ins Freie zu verlagern.

Ein Diagramm zeigt die Wirkungsweise einer Mund-Nasen-Bedeckung
Abbildung 2

Abbildung 2: Wirkungsweise von Mund-Nasen-Bedeckungen (?Masken“) zur Reduzierung der Ausbreitung von virushaltigen Partikeln [6].

Quelle: Umweltbundesamt Download (PDF)
 

Wird durch das Tragen einer Maske vermehrt Kohlendioxid eingeatmet, was zu gesundheitlichen Problemen führt?

Es gibt sehr verschiedene Masken, die sich in ihrem Design, ihrer Schutzwirkung und m?glicher unerwünschter Wirkungen teils deutlich unterscheiden. Eine detaillierte übersicht zu den verschiedenen Typen und deren Verwendung steht auf der Internetseite des Bundesinstituts für Arzneimittel und Medizinprodukte (BfArM):

Grob lassen sich die Masken unterteilen in

  • Mund-Nasen-Bedeckungen (Synonyme: Alltagsmasken, Stoffmasken),
  • medizinische Gesichtsmasken (Synonym: OP-Masken) und
  • partikelfiltrierende Halbmasken (Synonym: FFP2- Masken).

Es gibt einige Studien, die die kurzzeitigen Auswirkungen des Tragens verschiedener Maskentypen auf eine m?gliche CO2-Belastung hin untersucht haben [25-29]. Hier wurden begrenzte Stichproben untersucht und daher lassen sich keine Rückschlüsse auf die individuelle Situation jedes einzelnen ziehen. Bei allen drei oben genannten Maskentypen kann es zu Erh?hungen der CO2-Konzentration hinter der Maske bzw. in der Atemluft [25,27,28] oder zu einem Anstieg des CO2-Gehalts im Blut [25,26,28,29] kommen. Die beobachteten CO2-Ver?nderungen sind dabei vom verwendeten Maskentyp abh?ngig. So war zum Beispiel die Erh?hung des CO2-Gehalts im Blut beim Tragen von FFP2-Masken am h?chsten und bei Alltagsmasken am niedrigsten [26]. Insgesamt stieg der CO2-Gehalt im Blut nur wenig an, so dass die Autoren schlussfolgern: ?Der Einsatz g?ngiger Gesichtsmasken führte zu einer messbaren, aber klinisch nicht relevanten Ver?nderung der Blutgase im Vergleich zur maskenfreien Belastung.“ [26]. Generelle Empfehlungen bezüglich des Masken-Tragens und der jeweiligen Einsatzbereiche sind auf den Internetseiten des Robert-Koch-Instituts (RKI)?nachzulesen.

Dort wird auch auf die speziellen Einsatzbereiche von partikelfiltrierenden Halbmasken hingewiesen. Durch ihre hohe Dichtigkeit verursachen diese Masken beim korrekten Sitz eine h?here Belastung mit CO2 und einen erh?hten Atemwiderstand als andere Masken. Daher sind solche Masken grunds?tzlich nicht für alle Menschen als geeignet anzusehen und die Tragezeit sollte begrenzt oder durch Pausen unterbrochen werden. Die Anwendung solcher Masken setzt eine Abw?gung der pers?nlichen Risiken (Infektionsrisiken und andere Gesundheitsrisiken) voraus, die im Einzelfall, insbesondere, wenn solche FFP-Masken l?ngere Zeit getragen werden, eine ?rztliche Beratung erforderlich machen.

 

Kann ich im Selbstversuch die Kohlendioxid-Konzentration hinter meiner Maske mit einem Innenraumluftmessger?t messen?

Mit einem Ger?t für die Messung von CO2-Konzentrationen in Innenr?umen ist dies nicht m?glich. Für die Raumluftmessung gedachte Sensoren sind nicht dafür ausgelegt, gro?e Kohlendioxid-Konzentrations?nderungen in Echtzeit anzuzeigen, da sich Konzentrations?nderungen in der Raumluft normalerweise wegen des gro?en Raumvolumens deutlich langsamer vollziehen als direkt im Atemluftstrom eines Menschen.

Im Umweltbundesamt wurde dieser Sachverhalt wie folgt nachgestellt:

Mit einem Ger?t für die Messung von CO2-Konzentrationen in Innenr?umen wurde direkt vor dem Mund unter einer OP-Maske die CO2-Konzentration gemessen sowie ein weiteres Mal ohne Maske. In beiden F?llen zeigten die Messger?te beim Ausatmen solch hohe Kohlendioxid-Konzentrationen an, wie sie normalerweise in Innenr?umen nicht erreicht werden. Das liegt daran, dass die ausgeatmete Luft eines Menschen etwa vier Prozent (40.000 ⁠ppm⁠) Kohlendioxid enth?lt. Da der Anteil von CO2 an der Umgebungsluft im ⁠Au?enbereich⁠ nur etwa 0,04 Prozent (400 ⁠ppm⁠) betr?gt, werden in Innenr?umen, in denen sich die ausgeatmete Luft rasch verdünnt, solche Werte normalerweise nie erreicht.

Wurde w?hrend des Versuchs in normaler Atemfrequenz immer wieder ein- und ausgeatmet, blieb die CO2-Konzentration vor dem Mund hoch – ob mit oder ohne Maske. Dieser Effekt beruht auf der Tr?gheit der meisten in Kohlendioxidmessger?ten verbauten Sensoren, die aufgrund ihrer Bauweise relativ schnell hohe Konzentrationen anzeigen k?nnen, jedoch Konzentrationsverminderungen nur mit gr??erer Verz?gerung widerspiegeln. So kann der falsche Eindruck entstehen, die Kohlendioxidkonzentration unter der Maske w?re unver?nderlich hoch oder würde sogar immer weiter ansteigen.

Fazit: CO2-Messger?te für die Raumluft sind für diese Art von Messungen nicht geeignet.

 

Welche Bedeutung haben Modellrechnungen für die Einsch?tzung eines Infektionsrisikos mit SARS-CoV-2 in Innenr?umen?

Aufgrund der weiter anhaltenden COVID-19-Pandemie w?chst die Nachfrage nach Prognosemodellen, um die Wahrscheinlichkeit einer übertragung des SARS-CoV-2 durch ⁠Aerosole⁠ in der Raumluft, auch bei unterschiedlich gestalteten Einzelsituationen, besser abzusch?tzen.

Mathematische Modelle zur Simulation der Ausbreitung von Viruspartikeln in Innenr?umen und einer anschlie?enden Infektion sind seit 2020 für SARS-CoV-2 entwickelt worden bzw. werden laufend weiterentwickelt [6?21]. Viele der Modelle sind online nutzbar [13?21]. Die Modelle beschreiben im Grundsatz einige oder alle der folgenden, für Infektionen wichtigen Prozesse:

  1. Das Ausatmen bestimmter Mengen virushaltiger Partikel durch eine oder mehrere infekti?se Personen beim ruhigen Atmen, Sprechen, Singen, oder bei k?rperlichen Aktivit?ten (Sport).
  2. Die Ausbreitung bzw. Verteilung dieser virushaltigen Partikel in einem begrenzten Raumvolumen.
  3. Die Minderung der Raumluftkonzentration virushaltiger, infekti?ser Partikel durch Lüftung, Lüftungstechnik, den eventuellen Einsatz von Luftreinigern, aber auch natürliche ⁠Deposition⁠ (Absetzen auf Oberfl?chen) und Inaktivierung der Viren.
  4. Die Bestimmung einer über die Atmung aufgenommenen Menge an Viren bei nicht infizierten Personen.
  5. Die Bestimmung der Wahrscheinlichkeit, dass diese Personen durch diese aufgenommene Menge an Viren infiziert werden, erkranken und somit zu übertr?gern werden k?nnen.

Bei der Anwendung der Modelle [13?21] sind zentrale Eingangsparameter durch Nutzerinnen und Nutzer w?hlbar bzw. werden im Modellansatz vorgeschlagen. Dies betrifft die geplante Anzahl der zusammenkommenden Personen, ihre jeweilige Aktivit?t (ruhiges Atmen, Sprechen, Singen etc.), ihre Aufenthaltsdauer im Raum, die Ma?e des Raums (Raumvolumen) und die Art und Qualit?t der Lüftung, in der Regel ausgedrückt durch die Luftwechselrate. Das Tragen von Mund-Nasenbedeckungen (MNB), Mund-Nasen-Schutz oder Schutzmasken nach Arbeitsschutzstandards (FFP2) kann durch einen Faktor zur Abschw?chung der ausgeschiedenen bzw. inhalierbaren Menge an virushaltigem Material berücksichtigt werden.

Die meisten der Modelle bieten als Ausgabeparameter eine absolute Infektionswahrscheinlichkeit für ein gew?hltes ⁠Szenario⁠ an [13?16; 19?21]. Die Modelle der RWTH Aachen [11] und der IBO Innenraumanalytik OG [18] beschr?nken sich darauf, eine relative Infektionswahrscheinlichkeit gegenüber einem Referenzszenario anzugeben, bei dem Infektionen als sehr unwahrscheinlich angenommen werden.

Die Kommission Innenraumlufthygiene (IRK) am ⁠UBA⁠ hat sich mit der Nutzbarmachung der Modelle für praktische Aufgabenstellungen befasst und auch eigene Simulationen auf Basis des Modells der RWTH Aachen [17] durchgeführt. Insbesondere besch?ftigte die IRK die Frage, ob die Rechenmodelle eine Hilfestellung dafür geben k?nnen, bei welcher Raumbelegung, Nutzungsart, Aufenthaltsdauer und Lüftungseigenschaften in einem bestimmten Raum ein erh?htes Infektionsrisiko mit SARS-CoV-2 durch Aerosolpartikelübertragung entstehen kann, sobald sich eine infizierte Person im Raum befindet.

Eine wichtige Feststellung war, dass alle Modelle weitreichende und teilweise stark vereinfachte Annahmen bezüglich der ablaufenden Prozesse treffen müssen und die absolute Wahrscheinlichkeit, sich mit SARS-CoV-2 über Aerosole zu infizieren, nur mit betr?chtlichen Unsicherheiten zu prognostizieren ist. So wei? man in der Praxis nicht, ob sich nur eine oder gleiche mehrere infizierte Personen in einem Raum aufhalten. Allgemeine ⁠Unsicherheit⁠ besteht auch bezüglich der Annahme zur n?tigen Menge an virushaltigen Partikeln, die bei einer gesunden Person eine Infektion ausl?st. Nach medizinischem Kenntnisstand h?ngt dieser Parameter stark von individuellen Faktoren, zum Beispiel vom Immunstatus ab. Die Aussagekraft der genannten Modelle ist insofern grunds?tzlich begrenzt, als dass sie zwar Infektionen über die Ausbreitung von Aerosolen im Raum (indirekte Infektionen) absch?tzen, nicht oder nur bedingt aber m?gliche direkte Infektionen im Nahfeld (Sprechen und Husten zwischen Sitznachbarn).?

Darüber hinaus unterscheiden sich die von individuellen Personen ausgesto?enen Mengen virushaltiger Partikel um mehrere Gr??enordnungen, sodass meist von statistischen Verteilungen und/oder von Personen ausgegangen wird, die besonders viele Viren ausatmen (eine Art ?Worst Case“). Weitere Unsicherheiten bestehen methodenbedingt bei der r?umlichen Verteilung der Partikel im Raum (meist wird eine unverzügliche und homogene Vermischung der Raumluft angenommen), bei der Lüftungseffizienz und auch bei der Annahme der Wirksamkeit eventuell verwendeter Mund-Nasen-Masken. Wegen dieser Unsicherheiten und Variabilit?t bei den Modellannahmen gelten die berechneten Ergebnisse, z. B. exakte Angaben zu Infektionsrisiken oder Raumnutzungszeiten, grunds?tzlich nur für die im jeweiligen Modell vorausgesetzten idealisierten Szenarien und nicht für konkrete Einzelf?lle.

Letztlich ist die Summe der aufgeführten Aspekte auch der Grund, warum die IRK vorl?ufig von einer eigenen Stellungnahme absieht, um nicht daraus politische Entscheidungen abzuleiten, welche die modellbasierten Absch?tzungen gar nicht hergeben.

Eine Interpretation der Rechenergebnisse sollte daher auf erg?nzende Prüfungen gestützt werden. Praktisch bieten sich etwa Sensitivit?tsanalysen mit einer Variation der Eingangsparameter eines Modells und einem Vergleich zwischen den Ergebnissen verschiedener Modelle an. In der Regel werden in den Ver?ffentlichungen über die Modelle auch eines oder mehrere in der Literatur dokumentierte Infektionsereignisse rekonstruiert. Dann ist es aufschlussreich, mit welcher Wahl der Modellparameter die für ein Ereignis dokumentierte Zahl der Sekund?rinfektionen reproduziert werden kann. Die aktuelle Entstehung und Verbreitung neuer Virusmutationen wie SARS-CoV-2 B.1.1.7, die m?glicherweise infekti?ser als das Ausgangsvirus sind, ver?ndert diese Annahmen m?glicherweise systematisch. Die Abh?ngigkeit der Modellergebnisse auf sich ?ndernde Eigenschaften des Virus kann provisorisch durch Anpassung der Modellparameter untersucht werden, indem entweder die Emissionsrate der Viren um einen entsprechenden Prozentsatz erh?ht oder die zur Ausl?sung einer weiteren Infektion erforderliche Infektionsdosis analog gesenkt wird.

Um zumindest Unsicherheiten bezüglich der infekti?sen Eigenschaften des Virus zu vermeiden, hat sich die IRK insbesondere mit dem Modell der RWTH Aachen [12, 17] besch?ftigt, welches keine absolute Infektionswahrscheinlichkeit angibt, sondern eine Infektionswahrscheinlichkeit relativ zum Risiko in einem Referenzszenario (Raumbelegung 25 Personen, eine sprechende Person, Raumvolumen 200 m3, Aufenthaltsdauer 1 h, maschineller Luftwechsel 4,4 h-1). Die IRK kommt zu dem Schluss, dass das RWTH-Modell für Nutzungsbetrachtungen in Innenr?umen eine Hilfestellung bieten kann, indem bestimmte Raum- und Nutzungsparameter mit einer Referenzsituation verglichen werden.

Die Modelle erlauben es, bislang bekannte Aussagen nun auch quantitativ abzuleiten, z. B. ist das Infektionsrisiko umso niedriger,

  • je gr??er das Volumen des Innenraums ist,
  • je weniger Personen sich im Raum aufhalten,
  • je kürzer Personen sich im Raum aufhalten,
  • je weniger aerosolbildende Aktivit?ten wie lautes Sprechen, Rufen, Singen etc. stattfinden,
  • wenn m?glichst gutsitzende und gut filtrierende Masken getragen werden und
  • wenn eine m?glichst hohe Luftwechselrate erzielt werden kann, bestenfalls durch eine raumlufttechnische (RLT-)Anlage mit Au?enluftzuführung.

Das UBA kommt zum Schluss, dass Modellrechnungen eine Hilfestellung beim Vergleich von Infektionswahrscheinlichkeiten durch Aerosole in verschiedenen Situationen bieten k?nnen. Das absolute Infektionsrisiko mit SARS-CoV-2 h?ngt im Einzelfall – selbst bei einem in der Zukunft fortschreitenden Stand des Wissens und der Modellentwicklung – immer von Unw?gbarkeiten ab, die sich mit den diskutierten Modellen nicht aufl?sen lassen. Dies betrifft insbesondere die Infektiosit?t und die Positionen der Personen im Raum. Unbeschadet dieser prinzipiellen Grenzen k?nnen die Modelle die Gr??enordnung des absoluten Infektionsrisikos einordnen, eine Information, die zur Eingrenzung des sich dynamisch entwickelnden Infektionsgeschehens genutzt werden kann.

Modellergebnisse k?nnen Aspekte zur Risikoabw?gung beitragen, wenn beispielsweise Priorit?ten bei der Nutzung von R?umlichkeiten gesetzt werden müssen. Modellergebnisse eignen sich nicht als alleinige Begründung für den vermeintlich sicheren Aufenthalt in R?umen. Für die Dauer der COVID-19-Pandemie sollten Zusammenkünfte von Menschen daher auch weiterhin an allererster Stelle auf ihre Notwendigkeit geprüft werden.

 

Welche raumlufthygienischen Ma?nahmen k?nnen die Konzentration infekti?ser Aerosolpartikel minimieren?

Durch wirksames Lüften (Austausch der Raumluft gegen Au?enluft) kann die Konzentration an infekti?sen Partikeln in der Innenraumluft reduziert werden.

Bei Fensterlüftung ist eine Querlüftung, die über einen Durchzug Raumluft schnell gegen Frischluft austauscht, optimal, leider aber nicht immer praktisch durchführbar. Als wirksam gilt die Sto?lüftung bei weit ge?ffnetem Fenster (besser mehrere in einem Raum gleichzeitig) über einige Minuten Dauer. Nur wenig wirksam ist das blo?e Ankippen der Fenster, auch wenn dies dauerhaft erfolgt.

Für einen wirksamen Infektionsschutz sollten R?ume, in denen sich viele Personen versammeln, so gut und so oft wie m?glich gelüftet werden. An Schulen muss auch zur Verminderung der Kohlendioxidbelastung w?hrend des Unterrichtes gelüftet werden [22]. Bei Neubauten und aufwendigen Sanierungen ist es am nachhaltigsten, wenn in stark belegten R?umen von vorn herein baulich eine Grundlüftung über eine raumlufttechnische (RLT) Anlage erfolgt. In Schulen gilt dies bereits als künftig anzustrebender Regelstandard [22]. Auch bei Wohngeb?uden wird dies bei immer dichter werdenden Geb?udehüllen zunehmend erforderlich werden.

Im Fall hochinfekti?ser Erreger wie SARS-CoV-2-Viren ist zu beachten, dass jenseits des Lüftens die bekannten AHA-Ma?nahmen wie das Tragen einer Mund-Nasen-Bedeckung, das Abstandhalten und ein angepasster Nutzungsplan wesentlich sind, um direkte Infektionen zu vermeiden.

Zur Auswirkung von dezentralen und zentralen Lüftungsanlagen finden sich FAQs unter: http://www.matthieusonnet.com/coronaviren-umwelt#wie-wird-das-neuartige...

 

K?nnen mobile Luftreinigungsger?te einen Beitrag leisten, um das Infektionsrisiko in Innenr?umen durch SARS-CoV-2 zu reduzieren?

Mobile Ger?te zur Luftreinigung dienen der Reduzierung von in Raumluft enthaltenen Partikeln bzw. Mikroorganismen. Je nach technischer Auslegung (Prinzip; Dimensionierung) sind sie in der Lage, Viren aus der angesaugten Luft zu entfernen bzw. zu inaktivieren. Allerdings h?ngt die Effizienz neben der Technik auch von den Aufstellbedingungen vor Ort, der Luftverteilung im Raum etc. ab. [23]. Da mobile Luftreinigungsger?te jedoch unter Anderem kein anfallendes Kohlendioxid und keinen Wasserdampf aus der Raumluft entfernen, sind sie kein Ersatz für die in den Empfehlungen der IRK vom 12.8.2020 beschrieben Lüftungsma?nahmen [24].

Im Grundsatz sind vier Technologien bei Luftreinigern zu unterscheiden:

  • Filtertechnologien
  • UV-C Technologien
  • Ionisations- und Plasmatechnologien
  • Ozontechnologien

Hierzu ist im Einzelnen anzumerken:

1. Filtertechnologie

Mobile Filterger?te sollten m?glichst mit hocheffizienten Gewebefiltern (Filterklassen H 13 oder H 14) ausgestattet sein, da nur diese eine vollst?ndige Entfernung von Viren aus der durch das Ger?t gesaugten Luft gew?hrleisten. Feinfilter der Klassen F7 bis F9 (alte Bezeichnung) bzw. ISO ePM2,5 65% bis ISO ePM1 80% (neue Bezeichnung), wie sie z.B. in herk?mmlichen raumlufttechnischen Anlagen (RLT-Anlagen) mit zwei Filterstufen zum Einsatz kommen, lassen einen Anteil der Aerosolpartikel in der behandelten Luft übrig. Filterger?te mit hocheffizienten Filtern sind in der Lage, die Zahl der die Aerosolpartikel in einem Raum zu senken. Um die bestm?gliche Wirkung mit Filterger?ten zu erzielen und über die Dauer der Betriebszeit zu erhalten, müssen die Filter in der Regel nach einer gewissen Betriebszeit gewechselt werden. Je nach Staub- und Partikelbelastung kann das nach einem halben bis einem Jahr der Fall sein. Hierzu sind Fachkenntnisse oder geschultes Personal erforderlich. Um keinen st?renden Ger?uschpegel im Raum entstehen zu lassen, sollten vor Beschaffungen entsprechende Kenndaten zur Ger?uschentwicklung vom Hersteller eingeholt werden.

2. UV-C Technologie

UV-C Strahlung ist vom Grundsatz her in der Lage, Mikroorganismen wie Bakterien und Viren zu inaktivieren. Ger?te mit UV-C Strahlungsquellen werden schon seit langem zur Entkeimung von Oberfl?chen z. B. in Laboren oder zur Raumluftdesinfektion in lebensmittelverarbeitenden Betrieben eingesetzt. Für die Wirksamkeit gegen infekti?se ⁠Aerosole⁠ in einem Innenraum ist entscheidend, ob ein Ger?t einen ausreichend gro?es Luftvolumen desinfizieren und die gereinigte Luft gut im Raum zirkulieren kann. Die Wirksamkeit ist abh?ngig von der Bestrahlungsintensit?t und von der Bestrahlungszeit der Luft im Ger?t. Für Augen und Haut stellt UV-C Strahlung ein gesundheitliches Risiko dar. Deshalb wird der Einsatz dieser Strahlungsquellen als offene UV-C Lampe und auch in mobilen Luftreinigern vom ⁠UBA⁠ für den nicht gewerblichen Einsatz als kritisch betrachtet. Ger?te sollten in ?ffentlichen Bereichen wie Schulen nur eingesetzt werden, wenn gesichert ist, dass kein UV-Licht in den Raum freigesetzt werden kann. Die IRK empfiehlt in ihrer Stellungnahme vom 16.11.2020 daher a) den Nachweis der Ger?tesicherheit und b) den Nachweis der Wirksamkeit – als Prüfung des eingesetzten mobilen Ger?ts. In privaten Wohnungen sieht das UBA den Einsatz solcher Ger?te aus Sicherheitsgründen weiterhin kritisch, denn hier bestehen meist wenig Kontrollm?glichkeiten, was die sachgerechte Verwendung, Wartung und den bestimmungsgem??en Gebrauch angeht. Mobile Ger?te mit UV-C-Technik haben gegenüber solchen mit Filtration den Vorteil der meist geringeren Ger?uschentwicklung im Betrieb.

3. Ionisations- und Plasmatechnologie

Auch Ionisation und Plasma sind in der Lage, Mikroorganismen wie Bakterien und Viren zu inaktivieren. Im Rahmen von Luftreinigungsanlagen findet diese Technologie seit vielen Jahren Anwendung. Tendenziell sind auch die Ger?te wartungs?rmer als solche mit Filtration, weil keine Filter zu ersetzen sind. Auch die Ger?uschentwicklung ist im Allgemeinen geringer als bei filtrierenden Ger?ten. Dem UBA liegen derzeit jedoch keine Daten vor, ob der Luftdurchsatz und die Effizienz der im Handel befindlichen Ger?te ausreichen, um einen ausreichenden Schutz gegen eine Infektion mit SARS-CoV-2 in gro?en und dicht belegten Innenr?umen wie Klassenr?umen zu gew?hrleisten. Generell sollte vor Beschaffung entsprechender Ger?te eine Wirksamkeitsprüfung vom Hersteller eingeholt werden.?Weiterhin ist bei dieser Technologie zu beachten, dass beim Betrieb unerwünschtes Ozon im Innenraum entstehen kann, dessen gesundheitliche Auswirkungen bei fehlender Datenlage nicht abzusch?tzen sind. Aufgrund des Pr?ventionsgedankens sollten Ozoneintr?ge vermieden werden.

4. Ozontechnologie

Eine gezielte Behandlung von Raumluft mit Ozon (auch w?hrend der Durchleitung der Luft durch einen mobilen Luftreiniger) lehnt das UBA grunds?tzlich ab. Ozon ist ein Reizgas und kann mit anderen Stoffen, allen voran mit flüchtigen organischen Verbindungen (⁠VOC⁠), chemisch reagieren und dabei unbekannte Folgeprodukte bilden. Diese Kategorie von Luftreinigern ist ungeeignet für eine Anwendung in R?umen, in denen sich Personen befinden.

Für eine gr??tm?gliche Wirksamkeit von mobilen Luftreinigungsger?ten (egal mit welcher Technologie sie arbeiten) ist die sorgf?ltige Planung und Realisation des Aufstellungsortes im Raum und die Berücksichtigung der Raumgegebenheiten (Raumvolumen, Luftführung und Luftstr?mungen im Raum) von entscheidender Bedeutung. Der Luftdurchsatz muss in Abh?ngigkeit der Raumgr??e und der Anzahl der Personen im Raum einstellbar sein. Auch die Ansaug- und Abblasrichtung der durch das Lufteinigungsger?t hindurch geleiteten Luft sind entscheidend dafür, dass der Luftreiniger wirklich einen wesentlichen Anteil der Mischluft im Raum ansaugen und als gereinigte Luft wieder in den Raum abgeben kann.

In der Produktliteratur finden sich h?ufig Prüfberichte zu Luftreinigungsger?ten, wo zu Beginn des Experiments ein Raum einmalig mit Partikeln gefüllt wird, und anschlie?end Abklingkurven infolge der Luftreinigung ausgewertet werden. Solche Prüfberichte erwecken den Eindruck, man k?nne die Konzentration von Aerosolen in einem Realraum beliebig reduzieren. Die reale Situation ist jedoch verschieden, insofern eine infekti?se Person kontinuierlich virushaltige Aerosole in die Raumluft emittiert. Ein mobiles Ger?t kann die Konzentration von Aerosolen in einer realen Situation somit reduzieren, aber zu keinem Zeitpunkt auf null bringen. Sind mehrere infekti?se Personen anwesend, würde die Reinigungswirkung mobiler Ger?te in Bezug auf virushaltige Aerosole entsprechend weiter sinken. Mobile Luftreinigungsger?te dürfen daher nicht als absoluter Schutz vor infekti?sen Aerosolen angesehen werden.

Es ist zu beachten, dass die hier beschriebenen Luftreinigungstechniken nicht zu einer Minderung der Raumluftbelastung mit Kohlendioxid und Wasserdampf aus der Atemluft beitragen. In dicht belegten R?umen, wie an Schulen und Bildungseinrichtungen, entstehen ohne Lüftung unerwünscht hohe Konzentrationen an Kohlendioxid, die sich mindernd auf geistige Konzentration und Lernleistung auswirken k?nnen [21]. Daher ersetzen mobile Luftreinigungsger?te nicht die Notwendigkeit eines aktiven Lüftens, welches entweder kontinuierlich durch raumlufttechnische Anlagen oder periodisch über Fenster zu erfolgen hat. Mobile Luftreinigungsger?te sollen nach Auffassung des UBA daher nur im Verbund mit Lüftungsma?nahmen und den allgemeinen Hygieneregeln (AHA-Regeln (Abstand, Hygienema?nahmen, Mund- und Nasenschutz) eingesetzt werden.

 

Kann durch verst?rkte Lüftung über ge?ffnete Fenster bei niedrigen Au?entemperaturen die Entwicklung von Erk?ltungskrankheiten begünstigt werden?

Infektionen der Atemwege sind gerade im Winter h?ufig und ?u?ern sich üblicherweise in Form einer Erk?ltungskrankheit. Diese stehen grunds?tzlich in einem urs?chlichen Zusammenhang mit infekti?sen Partikeln, gegenüber denen man ausgesetzt ist oder war. Sehr h?ufig sind Rhinoviren für Erk?ltungserkrankungen verantwortlich, aber auch viele andere Viren k?nnen zu Erk?ltungen führen.

Nicht die K?lte verursacht also die Krankheit, sondern die Krankheitserreger.

Allerdings haben K?lte und Luftfeuchte einen Einfluss auf unseren Gesundheitszustand und die Wahrscheinlichkeit, dass wir uns anstecken:

  • Es h?ngt von den biochemischen Eigenschaften der Viren ab, ob diese eher bei hoher relativer Luftfeuchtigkeit stabil und infekti?s bleiben oder bei niedriger, jedoch ist zumeist eine kalte Umgebungsluft für die Stabilit?t und Infektiosit?t f?rderlich [30, 31].
  • Trockene Luft begünstigt eine geringe Tr?pfchengr??e von virushaltigen Aerosolpartikeln. Kleinere Aerosolpartikel verbleiben lange in der Umgebungsluft – gerade in Innenr?umen [32].
  • Ausgekühlte obere Atemwege sind empf?nglicher für Infektionen, weil die K?lteeinwirkung, besonders in Kombination mit einer Austrocknung der Schleimh?ute, zu einer reduzierten Abwehr infekti?ser Partikel führt [33, 34].

Kalte Luft macht also nicht krank, aber sie begünstigt Erk?ltungen durch Krankheitserreger.

Das ⁠UBA⁠ sieht grunds?tzlich keine Gesundheitsgef?hrdung im Hinblick auf Erk?ltungskrankheiten, wenn in Innenr?umen vermehrt gelüftet wird. Jedoch kommt es auf das Vorgehen bei der Lüftung an: So ist zu empfehlen, bei niedrigen Au?entemperaturen nicht dauerhaft zu lüften, sondern gem?? den Empfehlungen der Innenraumlufthygienekommission lediglich regelm??ige Sto?lüftungen vorzunehmen. Auf diese Weise kommt es weder zu l?ngerfristigem Absinken der Raumtemperatur noch zu einer dauerhaften Reduzierung der relativen Luftfeuchtigkeit im Innenraum. Es ist zwar denkbar, dass es – insbesondere bei unzureichender Bekleidung – durch Zugluft und K?lte vermehrt zu üblichen Erk?ltungssymptomen kommen kann. Diese meist harmlosen Symptome stehen jedoch, selbst wenn sie im Rahmen einer im Winter üblichen Erk?ltung auftreten, in keinem Vergleich – das gesundheitliche Risiko betreffend – zu einer COVID-19 Infektion.
W?hrend Erk?ltungskrankheiten fast immer einen milden Verlauf haben und grunds?tzlich vollst?ndig ausheilen, handelt es sich bei COVID-19 um eine Infektionskrankheit der Atemwege, welche zu einer gef?hrlichen viralen Lungenentzündung führen kann. Fünf Prozent der Infektionen verlaufen kritisch und müssen im Krankenhaus teilweise intensivmedizinisch behandelt werden.

COVID-19 ist keine harmlose Erk?ltung.

Die Lüftungsempfehlungen des UBA leisten einen Beitrag sowohl zum Schutz vor COVID-19 als auch zur Pr?vention von Erk?ltungskrankheiten. Denn es gilt als wahrscheinlich, dass gerade der im Winter vermehrte Aufenthalt in schlecht belüfteten Innenr?umen zu einer Infektion auch durch Erk?ltungsviren beitr?gt [35-37].

INFOBOX Luftfeuchtigkeit in Innenr?umen und im ⁠Au?enbereich

Grunds?tzlich unterscheidet man zwischen relativer und absoluter Luftfeuchte.

Die absolute Luftfeuchte stellt den Anteil von Wasserdampf in einem Volumen Luft dar.
Dabei gilt generell: Warme Luft kann mehr Wasserdampf speichern als kalte Luft.
So kann z.B. ein Kubikmeter Luft bei 22 °C h?chstens ca. 20 g Wasser in Form von Wasserdampf speichern; bei 0 °C nur ca. 5 g.

Die relative Luftfeuchte gibt an, in welchem Ma? die Luft mit Feuchte ges?ttigt ist. Bei einer relativen Luftfeuchte von 50 % enth?lt die Luft nur die H?lfte der Wasserdampfmenge, die bei der entsprechenden Temperatur maximal enthalten sein k?nnte. So enth?lt ein Kubikmeter Luft bei 22 °C und einer relativen Luftfeuchte von 50 % ca. 10 g Wasser.
Beim Lüften im Winter wird kalte Luft, die wenig Wasser in Form von Wasserdampf enth?lt, in den Raum gebracht. Erw?rmt sich dann die Luft, so sinkt die relative Luftfeuchte in diesem Luftpaket. Dieser Effekt ist im Winter h?ufig dafür verantwortlich, dass nach Fensterlüftung die relative Luftfeuchte im Raum zeitweilig sinkt. Durch Feuchtequellen im Innenraum – z. B. durch das Atmen und die Transpiration der Raumnutzer, durch Zimmerpflanzen und den Luftaustausch mit angrenzenden R?umen (z.B. durch Duschen, Waschen, Kochen) – wird dieser Effekt in der Regel nach kurzer Zeit jedoch wieder ausgeglichen.

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Verwendete Quellen

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LMU: Infovideo zu Hitze und Covid-19

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