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Luftgetragene Erreger und Luftqualität in Innenräumen am Beispiel eines Klassenzimmers - Verteilung der Erreger und Bewertung der Lüftungseffektivität
Lichtner, Eugen; Kriegel, Martin
Im Zuge der Covid-19-Pandemie wurde der Übertragung von Krankheitserregern über die Luft, der sogenannten Aerosol-Übertragung, eine bedeutende Rolle zugeschrieben. Eine präventive Gegenmaßnahme stellt die Senkung der Erregerkonzentration im Raum durch Frischluftzufuhr oder Luftfilterung dar. Speziell in Klassenzimmern ist darüber hinaus die Luftqualität hinsichtlich der Kohlenstoffdioxidkonzentration von Bedeutung [3].
In dieser Studie wurde die Wirksamkeit von unterschiedlichen Lüftungsmaß-nahmen sowie der Einsatz von Trennwänden in einem Klassenzimmer hinsichtlich der Senkung der Erreger- und CO2-Exposition mittels numerischer Strömungssimulation (CFD) untersucht. Insgesamt wurden sieben Optionen verglichen, drei Fälle mit Mischlüftung und vier mit Quelllüftung. In zwei Fällen wurde ein mobiler Luftreiniger bei reinem Umluftbetrieb mit einem HEPA-H14-Filter modelliert, dem Raum wurde keine Frischluft zugeführt, aber potentiell virenbeladene luftgetragene Partikel wurden gefiltert. In einem Fall wurden Acrylscheiben als Trennwände auf den Tischen zwischen zwei benachbarten Schulkindern angebracht.
Im Klassenzimmer waren eine Lehrkraft und je nach Szenario 24 bzw. 12 Schulkinder. Alle Personen atmeten Kohlendioxid aus. Ein Schulkind atmete zudem luftgetragene virenbeladene Partikel aus. Die Position des infektiösen Schulkinds wurde variiert. Es wurde die Wirksamkeit der Maßnahmen nach 45 Minuten untersucht.
Die Ergebnisse zeigen, dass die Luftwechselrate kein Maß für die Wirksamkeit der Maßnahmen ist, wenn das Expositionsrisiko von einer einzelnen Schadstoffquelle ausgeht. Das gilt gleichermaßen für den lokalen Luftaustauschindex.
Für die Beurteilung des Expositionsrisikos von luftgetragenen Erregern ist die Verwendung der lokalen Lüftungs-wirksamkeit unerlässlich. In mehreren Fällen war der Atembereich einiger Personen lediglich mit nur etwa 20 % Wirksamkeit belüftet. Die betroffenen Schulkinder wären einer rund fünf Mal so hohen Erregerkonzentration ausgesetzt, als dies entsprechend der Luftwechselrate zu erwarten wäre.
Die Ergebnisse zeigen ferner, dass es sehr häufig zu erhöhten Konzentrationen im Umfeld der emittierenden Person kommt.
Alle betrachteten Fälle mit Mischlüftung wiesen eine ähnliche Lüftungswirksamkeit auf. Insgesamt war sie in Fällen mit Quelllüftung signifikant höher. Fälle mit einem mobilen Luftreiniger wiesen eine ähnliche Lüftungswirksamkeit wie Mischluftfälle mit Frischluftzufuhr auf, wenn nur die Partikelkonzentration betrachtet würde. Die CO2-Konzentration nahm in diesen Fällen hygienisch inakzeptable Werte an.
