Wirksamkeitsanalyse

Sind Luftreiniger im privaten Umfeld sinnvoll?

Durch die Corona-Pandemie sind Luftreiniger in den Fokus des Interesses geraten. Sie können in Unterrichts- und Besprechungsräumen einen Beitrag zur Senkung des Infektionsrisikos leisten. Könnte man diese auch zuhause im Kreis der Familie sinnvoll einsetzen?

Bild: TROX GmbHZentrale lüftungstechnische Anlagen mit Feinfiltern und hohem Außenluftanteil bieten die beste derzeit verfügbare Sicherheit in Innenräumen. Dabei reden wir hier wohlgemerkt nur über Lüftung. Diese kann Abstandshaltung und andere Hygienemaßnahmen nicht ersetzen.

Im Privatumfeld besitzen jedoch die wenigsten Menschen eine raumlufttechnische Anlage (kurz: RLT-Anlage). Wegen der auch bei uns immer heißer werdenden Sommer gibt es schon ab und an Umluftkühlgeräte, die die Luft herunterkühlen und so das Innenraumklima verträglicher machen. Diese Geräte führen jedoch keine frische Außenluft zu. Sie können Aerosole, die im Zusammenhang mit der derzeitigen Pandemie als Hauptübertragungsweg angesehen werden, meist nur in bescheidenem Maß ausfiltern.

Was also tun, wenn man keine RLT-Anlage besitzt?

Luftreiniger scheinen das Mittel der Wahl: Geräte, die man „mal eben einfach so“ in einen Raum stellt, so wie ein Möbelstück oder eine Waschmaschine. Stecker rein, Schalter umlegen, läuft, Luft ist sauber. Oder etwa doch nicht?

Die Wirksamkeit von Luftreinigern hängt von zwei Faktoren ab:

  • Wie wirksam ist die Filterung?
  • Wie viel Luft lässt sich in welcher Zeit filtern?

Punkt 1 ist der einfachere: Nur HEPA-Filter können luftgetragene Teilchen in der Größenordnung von Viren sicher abscheiden. Viren sind jedoch nicht „nackt“ unterwegs, sondern meist gebunden an größere Aerosolpartikel. Auch gröbere Filter (F7/F9 oder nach neuer Klassifizierung ePM1 50/80 Prozent) können Aerosolpartikel zu mehr als 90 Prozent abscheiden.

Bei Punkt 2 wird’s komplizierter: Pro Stunde kann ein Luftreiniger eine bestimmte Menge Luft filtern. Üblich sind bei Mobilgeräten einige hundert bis rund 2.000 Kubikmeter pro Stunde. Wie sich das im Raum auswirkt, hängt von der Raumgröße – genauer: vom Raumvolumen ab. In einem Wohnzimmer von sagen wir fünf mal sechs Meter Quadratmeter mit einer Deckenhöhe von drei Meter stecken rund 90 Kubikmeter Luft. Ein Gerät, das 900 Kubikmeter pro Stunde durchsetzen kann, würde die gesamte Raumluft in einer Stunde theoretisch zehnmal durch das Gerät führen. Bei 90 Prozent Abscheidung der Aerosole blieben nach dem ersten Durchgang zehn Prozent übrig, nach dem zweiten zehn Prozent von zehn Prozent, also ein Prozent, in den weiteren Durchgängen 0,1, dann 0,01 usw. bis nach dem zehnten Durchgang nur noch 0,00000001 Prozent übrig wären – klingt erst einmal nach super sauberer Luft.

Aber wie sauber muss es wirklich sein?

Da liegt mit Blick auf den SARS-CoV2-Erreger im Moment der Hase im Pfeffer: Weder ist bekannt, wie viele Viren ein infizierter Mensch pro Stunde abgibt, noch ist bekannt, wie viele Viren es braucht, um einen durchschnittlichen Menschen krank zu machen. Hingegen ist bekannt, dass eine höhere Dosis von Viren die Wahrscheinlichkeit eines schweren Verlaufs der Infektion erhöht. Bekannt ist auch, dass dieselbe Dosis den einen Menschen krank machen kann, den anderen aber nicht.

Damit ist klar: „Sicher“ gibt es nicht, allenfalls sicherer. Streben wir eine Reduktion des Risikos um 99,9 Prozent an, müsste die Luft, bevor wir sie wieder einatmen, dreimal durch das 90-Prozent-Filter. In unserem Beispiel braucht das Gerät bei idealer Aufstellung mindestens 18 Minuten, um dreimal 900 Quadratmeter zu filtern. Doch während dieser 18 Minuten setzen wir weiter Aerosole frei. Je Person, die sich im Raum aufhält, muss das Gerät also mehr Luft filtern, um dieselbe Reduktion zu erreichen. Und auch wenn wir uns in einem Raum länger aufhalten, muss das Gerät mehr Luft pro Zeit reinigen, wenn wir erreichen wollen, dass wir in der längeren Zeit dieselbe geringe Zahl von Viren einatmen.

Lüften, obwohl man einen Luftreiniger einsetzt?

Wir atmen nicht nur Aerosole aus, sondern auch CO2. Die CO2-Konzentration in einem Wohnzimmer mit den angenommenen 30 Quadratmeter, in dem sich ein halbes Dutzend Menschen angeregt unterhalten, dürfte nach längstens einer Viertelstunde die Unbedenklichkeitsgrenze überschreiten. CO2 lässt sich aber nicht ausfiltern. Man kann es nur loswerden, indem man „verbrauchte“ Luft durch saubere Außenluft ersetzt.

Man kann man die CO2-Konzentration als Indikator für die Luftqualität nutzen. Eine CO2-Ampel, die bei Erreichen des Grenzwerts rot wird, hilft zu erkennen, wann es allerspätestens Zeit wird, zu lüften. Einige Luftreiniger können die CO2-Konzentration messen und erhöhen ihre Leistung, wenn der Wert steigt. Auch sie können aber das CO2 nicht ausfiltern.

Aber Achtung: Die umgekehrte Schlussfolgerung „Ampel grün, also kein Infektionsrisiko“ ist nicht gerechtfertigt. Hält sich nämlich in einem gerade gelüfteten Raum ein infizierter Mensch auf, können sich trotz niedriger CO2-Konzentration virenbeladene Aerosole in hoher Konzentration in der Luft befinden.

Also Luftreiniger oder nicht: Man muss recht häufig lüften. Am besten stoßlüften, sprich: wenige Minuten alle Fenster weit auf, Zimmertür auf und möglichst auf der anderen Seite des Gebäudes auch ein paar Fenster auf, damit es kurz kräftigen Durchzug gibt.

Was ist noch zu beachten?

Luft schnell zu bewegen verursacht Geräusche. Die Geräuschentwicklung einiger Geräte ist so groß, dass man sich in ihrer Nähe nicht gut unterhalten kann. Ein normales Gespräch zwischen Menschen spielt sich im Bereich von 55 Dezibel (dB) ab. Wird die Umgebung lauter, reden wir unwillkürlich lauter – und erzeugen mehr Aerosol. Das Geräusch der Geräte ist ein Rauschen. Für Menschen mit einer Gehörschädigung, zum Beispiel Tinnitus, aber auch Altersschwerhörigkeit, kann es das Verstehen von Sprache nahezu unmöglich machen. Von Geräten, in deren Nähe Schallpegel von 50 dB und mehr vorherrschen, ist daher abzuraten. Hierzu noch folgender Hinweis: Dezibel ist eine logarithmische Einheit. Drei dB mehr entsprechen einer Verdopplung des Schalldrucks.

Die Geräte blasen die Luft mit hoher Geschwindigkeit aus. Dadurch soll eine möglichst vollständige Durchmischung und Reinigung der Raumluft erzielt werden, ohne störende Zugerscheinungen zu erzeugen. Vielfach wird das gelöst, indem die Luft in Bodennähe angesaugt und in Deckennähe ausgeblasen wird. Unter der Decke stört der Luftzug nicht, und es gibt weniger Hindernisse für die Strömung. Das kann am besten ein raumhohes Gerät liefern. Idealerweise erzeugt das Gerät eine Luftwalze durch den ganzen Raum.

Ein nur halbhohes Gerät, das Luft nach oben ausbläst, kann diese Raumwalze auch erzeugen, doch führt es, wie man mit Nebelaufnahmen darstellen kann, auch zu Verwirbelungen anderer Art: Luft, die ein Mensch in direkter Nachbarschaft des Geräts ausatmet, wird nicht nur nach oben mitgerissen und dabei erstmal kräftig mit gereinigter Luft verdünnt, sondern teilweise auch noch recht unverdünnt in den Raum gedrückt. Das Gerät kann dann als Virenschleuder wirken. In Kopfhöhe oder darunter horizontal ausblasende Geräte sind unter diesem Blickwinkel nicht zu empfehlen.

Auch im Nahbereich von Personen, zum Beispiel bei der Begrüßung und Verabschiedung, ist die Aerosolkonzentration natürlich höher als in weiterem Abstand. Hinzu kommt bei zu geringem Abstand das Risiko der Infektion durch größere Tröpfchen („feuchte Aussprache“). Der Minderung der Aerosol- und Tröpfchenabgabe an der Quelle durch Masken kommt also nach wie vor Bedeutung zu.

Was bringt UV-Desinfektion?

Schädlich sind nicht die Aerosole, die Menschen ausatmen, schädlich sind die von ihnen transportierten Krankheitserreger. Man kann diese mit intensiver kurzwelliger ultravioletter Strahlung (UV-C) unschädlich machen. Es gibt daher auch UV-C-Umluftreinigungsgeräte und Kombigeräte, die sowohl filtern als auch bestrahlen.

Die Technik der UV-Desinfektion ist in stationären raumlufttechnischen Anlagen seit vielen Jahren bekannt und bewährt. Bei mobilen Geräten liegt zurzeit noch nicht viel belastbares Material vor. Ein seriöser Test eines neu entwickelten Kombigeräts findet aktuell beim Hermann-Rietschel-Institut in Berlin statt. Die Ergebnisse werden in Kürze erwartet.

UV-C-Strahlung ist vergleichsweise „harte“ Strahlung. Sie kann chemische Reaktionen anregen. Aus flüchtigen organischen Stoffen, die durch Textilien, Möbel, Kosmetika oder auch Kerzen freigesetzt werden, können so gesundheitsschädliche Substanzen entstehen. Aus Sicherheitsgründen rät daher die Innenraumluftkommission derzeit noch vom Einsatz von UV-C-Geräten im Privatbereich ab.

Ionisation ist eine weitere Möglichkeit zur Behandlung der Luft. Die Innenraumluftkommission des Umweltbundesamts sieht die Wirksamkeit gegenüber Viren und Bakterien bei Raumbedingungen und -größen, wie sie beispielsweise in Schulen üblich sind, als nicht ausreichend erprobt an. Ob die Technologie hilfreich ist, lässt sich also noch nicht abschließend bewerten.

Welches Gerät kaufen? Helfen Testberichte im Internet?

Der Markt bietet Luftreiniger mit Preisen von 100 bis zu Tausenden von Euro. 100 Euro für ein unwirksames Gerät sind zu viel, und 4.000 Euro für ein professionelles Gerät mit nachgewiesener Wirksamkeit kann und will sich nicht jeder leisten. Aufgrund der Pandemie finden sich im Internet Tests zuhauf. Wenn man sie jedoch mit kritischem Blick und etwas Hintergrundwissen anschaut, kommen die Schwächen zu Tage.

Um dem Laien die Kaufentscheidung leicht zu machen, wird Geräten eine Eignung für Räume einer bestimmten Grundfläche attestiert. Aber wie kommt diese Angabe zustande: Welche Deckenhöhe wurde angenommen? Wie viele Menschen dürfen sich im Raum aufhalten? Wie lange? Was sind die Kriterien für „gute“ Luft? Eine standardisierte Prüfung, wie sie die Richtlinie VDI 6022 Blatt 5 für Allergikergeräte beschreibt kann hier hilfreich sein, da die virenbeladenen Aerosolpartikel im selben Größenbereich (PM 5 und kleiner) liegen wie die von Allergikergeräten abzuscheidenden.

Die Geräuschsituation ist kaum einschätzbar, da zu den Geräten Schallpegel angegeben werden, die nicht eindeutig spezifiziert sind: Handelt es sich um Schalldruck- oder Schalleistungspegel? Wenn Schalldruckpegel, dann an welchem Ort und in welcher Umgebung?  Nur wenn die Zahlen nach einem genormten Verfahren gemessen und angegeben werden, sind sie vergleichbar.

Ebenso wenig lassen sich die zu erwartenden Betriebskosten ermitteln. Filter setzen sich zu und müssen gewechselt werden. Kann ich das selbst oder brauche ich dazu den Service des Herstellers? Nach wie vielen Stunden muss ich wechseln? Was kostet ein Ersatzfilter? Wie hoch ist der Stromverbrauch?

Fazit

Weihnachten steht vor der Tür. Man möchte natürlich gerne mit der Familie feiern. Da wären viele von uns gerne bereit, Geld in die Hand zu nehmen, um sich ein Gerät ins Wohnzimmer zu stellen, dass den Superspreading Event in der eigenen Familie sicher ausschließt. Dafür ist Technik doch da, oder?

Ja. Und könnten wir als Ingenieure diese Sicherheit erzeugen, dann würden wir das tun. Tatsächlich ist sie aber für Geld nicht zu haben. Am sichersten sind Sie dieses Jahr, wenn die Familienfeier im kleinen Kreis stattfindet. Und auch dann sollten Sie häufig lüften. Ein gemeinsamer Spaziergang im Freien ist Option mit niedrigem Infektionsrisiko. Wir dürfen hoffen, dass Impfungen uns nächstes Jahr eine Rückkehr zu einer „normaleren“ Normalität erlauben, als wir sie derzeit ertragen müssen – wenn sich genügend Menschen impfen lassen. Bis dahin gilt es wohl, Geduld zu haben.

Autoren:

Dipl.-Phys. Thomas Wollstein VDI, VDI-Gesellschaft Bauen und Gebäudetechnik

Dr.med. Roland Suchenwirth, Niedersächsisches Landesamt für Gesundheit

Für fachlichen Input zu diesem Artikel danken wir insbesondere Prof. Uwe Franzke vom ILK Dresden und Prof. Christoph Kaup von der Firma Howatherm sowie Dr. Andreas Winkens vom GUI-LAB Ing.-Büro Dr. Winkens.

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