Neue Filtertechnologie gegen Corona in Schulen

Frischer Wind im Klassenzimmer

Besonders bei Schülern und Lehrern herrscht der Wunsch, den Pandemie-Alltag endlich hinter sich lassen zu können. Seit geraumer Zeit forschen Wissenschaftler des Fraunhofer Instituts dafür an einer Filtertechnologie. Nun soll ihnen der Durchbruch gelungen sein. // Von Angela Valdivia Manchego und Philipp Leonhard Reddig

"Aktuell ist es so, dass die Oberstufen in Präsenz in die Schule kommen, da gibt es Prioritätslisten von eins bis sechs", erklärt Nic Beier. Er ist seit Beginn der Pandemie 2020 Lehrer am Albrecht-Dürer-Berufskolleg in Düsseldorf. Um das Infektionsrisiko im Klassenzimmer einzugrenzen, wird neben dem Gebrauch von OP- und FFP2-Masken auch regelmäßig das Fenster zum Stoßlüften geöffnet. "Unsere Vorgaben sind, offiziell, alle 20 Minuten Lüften für grob fünf Minuten".

Raumlüftung wird unterschätzt

Dem Verband Deutschen Maschinen- und Anlagenbaus (VDMA) zufolge, sind rund 90% aller Bildungseinrichtungen in Deutschland ohne funktionierende Lüftungstechnik ausgestattet. Auch das Albrecht-Dürer-Berufskolleg ist vom Mangel betroffen. Dabei wären Lüftungsanlagen nach Nic Beier besonders in Räumen mit wenigen oder kleinen Fenstern zum Lüften von Vorteil. Viele seiner Lehr-Kolleginnen und -Kollegen befürchten jedoch starke Lärmentwicklung. Einer Studie der Technischen Hochschule Mittelhessen nach, benötige man bis zu vier Luftfiltergeräte im Klassenzimmer. Dabei wurde innerhalb von 30 Minuten eine Aerosolreduktion von 90% zu erreicht. Zum Vergleich: Stoßlüften senkt die Konzentration innerhalb drei Minuten um 99,8%. Der Einsatz von vier Luftfiltergeräten bedeutet einen Lautstärkepegel von ca. 60 Dezibel. Ab diesem Bereich kommt es zur Störung der Konzentration, für den Präsenz- aber auch für den Hybridunterricht eindeutig zu laut.

Verbreitung der Viren im Raum

Zunächst muss das Verhalten virenbelasteter Luft in geschlossenen Räumen dargestellt werden. Erst dann können Methoden abgewogen werden. Martin Renner ist Professor des Fachbereichs Versorgungs- und Gebäudetechnik an der Hochschule München. Er hat sich unter anderem im Bereich der Klima- und Raumtechnik spezialisiert und kennt sich mit verschiedenen Gebäude-Lüftungsmethoden aus. Martin Renner erklärt: "Jeder Mensch ist eine Wärmequelle und an dieser steigt Luft auf. Aus dieser Auftriebsströmung ergibt sich eine Raumdurchströmung". Das Ziel liege also dabei, Lüfter so geschickt zu platzieren, dass sie die belasteten Ströme einsaugen können. Des Weiteren gilt es, das Raumluftvolumen regelmäßig "auszuwechseln". Nach Martin Renner handle es sich um das fünf- bis siebenfache Raumvolumen, welches innerhalb einer Stunde vollständig umgewälzt werden müsse. Erst dann ist der Luftaustausch wirksam genug, um Infektionen weitestgehend zu vermeiden.

Wie sich virenbelastete Luft mittels Raumlüftungsströmung in geschlossenen Klassenzimmern verteilt. // Von Angela Valdivia Manchego Quelle: Prof. Dr. Martin Renner

Projekt CoClean-up: Vielversprechende Filtertechnologie

Die Fraunhofer-Institute für Keramische Technologien und Systeme in Dresden und für Toxikologie und Experimentelle Medizin in Hannover haben im Rahmen des Projekts CoClean-up eine neuartige Luftfiltertechnologie entwickelt. Diese soll besonders Coronaviren aus der Luft filtern. Die Anlage basiert auf einem elektrochemischen Prozess, durch den Viren oxidiert und somit vernichtet werden sollen. Nach Hochschulprofessor Martin Renner weist das Prinzip viel Potential auf. "Das grundsätzliche Problem, das heißt wie komme ich am schnellsten an die belastete Luft, haben wir trotzdem". Dennoch soll die Filtertechnologie des Fraunhofer-Instituts Viren endgültig zersetzen können. Außerdem scheint sie einfach und sicher anwendbar zu sein. Unabhängig vom scheinbar komplexen elektrochemischen Aufbau wird auch die Wartung ohne großen Aufwand erfolgen. Nach Projektangaben müsse der Anlage nur regelmäßig Wasser zugeführt werden, damit sie weiterhin Viren zersetzen kann.

Luftreinigungsanlagen als Ergänzungsmaßnahme

Anlagen, die Infektionen eindämmen können, lassen sich prinzipiell in raumlufttechnische Anlagen und Sekundärluftanlagen einteilen. Ersteres stellt eine Möglichkeit dar, um Frischluft einzuführen. Die Filtertechnologie in Sekundärluftanlagen dagegen säubern die bestehende Raumluft und geben diese wieder ins Zimmer. Wichtig ist bei Sekundärluftanlagen, dass sie ein ausreichendes Luftvolumen pro Stunde umwälzen können. Pro Schüler lässt sich ein Volumen von mehr oder weniger 25 Kubikmeter "benutzter" Luft pro Stunde einschätzen. Abhängig von der Schülerzahl werden auch mehrere Anlagen benötigt, erklärt Martin Renner. Jedoch betont er: "Insgesamt bin ich den Luftreinigern sehr vorsichtig gegenüber eingestellt, denn der Luftreiniger ist nicht die Lüftung." Ihm nach handle es sich höchstens um eine unterstützende Maßnahme. Ein zusätzlicher Luftaustausch bei Filteranlagen sei besonders wichtig. Der ergänzende Gebrauch von kleinen Luftreinigungsanlagen während der Pandemie sei seiner Auffassung nach also nicht zu verteufeln. Doch was ist bei der "richtigen" Filtertechnologie zu beachten?

HEPA-Filter gegen Corona

Allgemein wird unterschieden zwischen Feinfiltern und hocheffizienten Gewebefiltern. Zu den hocheffizienten HEPA -Gewebefiltern (High-Efficiency Particulate Air) gehören unteranderem die Klassen H13 und H14. Diese sind in der Lage Viren vollständig von der Raumluft abzuscheiden, wie das  Umweltbundesamt auf ihrer Website verdeutlicht. Während der Pandemie sollten daher ausschließlich HEPA-Filter die Raumluft reinigen. Je nach Staub- und Partikelkonzentration im Raum müssen solche hocheffizienten Filter regelmäßig ausgetauscht werden. Nach Einschätzungen des Umweltbundesamtes liege die Lebensdauer bei einem halben bis ganzen Jahr. Bei der anschließenden Entsorgung sei jedoch mit einem höheren Aufwand zu rechnen, meint Martin Renner. H14-Filter gelten nämlich als Sondermüll. Seiner Einschätzung nach sollten sie für den täglichen Bedarf an Schulen nur in Notfallsituationen verwendet werden.

Vorsicht bei Feinfiltern

Feinfilter dagegen sind für die Abscheidung gröberer Partikel aus der Luft geeignet. Auch hier lassen sich zwei verschiedene Klassen unterscheiden. Zum einen gibt es ISO ePM1-, zum anderen ISO ePM2,5-Filter. Diese sind jedoch nur in der Lage einen Teil der Luft zu reinigen. Belastete Aerosolpartikel gelangen unter anderem wieder in den Raum. Im September 2020 bestätigt die Deutsche Gesellschaft für Krankenhaushygiene (DGKH) diese Aussagen in einer Stellungnahme. Es wird außerdem ausdrücklich empfohlen den Frischluftanteil der Raumluft so hoch wie möglich zu halten, solange Filtertechnologien mit Umluft-Anteil genutzt werden.

Prioritäten im Alltag neu festlegen

Nach Martin Renner habe die Pandemie deutlich vor Augen geführt, wie wenig wir seit vielen Jahren auf unsere Raumluft achten. Dabei verbrächten doch die meisten Menschen heutzutage einen Großteil ihrer Zeit in geschlossenen Räumen. Darunter auch Schüler. Besonders ihnen gelte es, endlich gute Luft im Unterricht zu garantieren.

Teaserbild: Raumlüftung gegen COVID19 // Quelle: Angela Valdivia Manchego

 

Die Autoren

Philipp Reddig

Angela Valdivia Manchego

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