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97 Prozent weniger Viren in der Raumluft – so ist das Ergebnis der Studie „Effizienz des Raumluftreinigers von oxytec (Cleanair Sky L) auf die Reduktion und Inaktivierung von luftgetragenen Viren“. Das Fraunhofer Institut für Bauphysik (IBP) hat den Cleanair Sky L mit Feinstaubfilter ePM1 80 % getestet, der die Raumluft mit kaltem Plasma reinigt.

Untersucht wurde unter realitätsnahen Raumbedingungen, nicht nur mit Aerosolen, sondern mit lebenden Viren namens Phi6-Bakteriophag. Diese Surrogat-Viren sind in Struktur, Größe und Stabilität mit SARS-CoV-2 identisch, jedoch nicht gesundheitsgefährdend. Die Virenfamilie ist für Versuchsreihen dieser Art anerkannt. Damit entspricht die Studie allen Vorgaben des Bundesumweltamtes für realitätsnahe Bedingungen.

Das Ergebnis: Das Gerät hat die Viren nach 165 min zu 97 Prozent inaktiviert. Schon nach 45 Minuten war eine Reduktion von 72 Prozent messbar. Dabei kamen die normalen positiv unterstützenden Fakten wie Halbwertzeit der Viren und ihr Herabsinken zum Boden nicht zum Tragen. Gemessen wurde allein die Wirkung des Gerätes.

In vergleichbaren Studien wird oft lediglich Salzwasser im Raum verdampft oder Viren werden nur in einem Reagenzglas oder auf einem Filter getestet. 

Der Cleanair Sky versetzt in seinem Inneren die durchströmende Luft extrem kurz in den Plasma-Zustand und inaktiviert die Viren. Dabei wird Ozon gebildet. Diese Reaktion läuft nur im Inneren des Gerätes ab. Daher war die Ozonkonzentration, die in der Raumluft gemessen wurde, sehr gering und gesundheitlich unbedenklich: maximal 18 µg/m³, das sind nur 15 Prozent des im Bundes-Immissionsgesetz festgelegten Zielwerts von 120 µg/m. Das Umweltbundesamt hat bestimmt, dass bei ozonproduzierenden Luftreinigungsverfahren auch gemessen wird, welche Sekundärprodukte das Gerät in die Raumluft abgibt. Ein weiteres Ergebnis der Untersuchung des Fraunhofer IBP: Bei der Luftreinigung mit dem Cleanair Sky L wurde keine kritische Belastung durch Sekundärprodukte nachgewiesen.

Das Fraunhofer IBP hat zwei Varianten des Cleanair Sky L getestet: mit und ohne den nachgeschalteten Feinstaubfilter ePM1. Dabei zeigte sich, dass das Gerät ohne Filter die Viren genauso effizient inaktiviert. Die Kaltplasma-Technologie arbeitet bereits so wirksam, dass hier ein Filter keinen Mehrwert bringt. Bei dem Gerät ohne Filter war die Ozonkonzentration in der Raumluft sogar geringer. „Der Filter sorgte dafür, dass die durchströmende Raumluft länger im Gerät blieb und mehr Ozon aufnahm“, erklärt Dipl.-Ing. Hartmut Engler, Produktexperte bei oxytec, dieses Phänomen.

Auf die Luftführung kommt es an

Für Lüftungstechniker eine altbekannte Weisheit, in der Praxis leider oft vernachlässigt: Die Effizienz von Lüftungsgeräten hängt von ihrer Position und Verteilung im Raum sowie der Nutzung des Raumes ab.

Dezentrale Luftreiniger verschiedenster Bauart (Stand- oder Deckengerät), nach unten ausblasend, werden nach einem zufälligen System im Raum verteilt. Dabei gibt uns die Kommission Innenraumlufthygiene (IRK) am Umweltbundesamt, den Hinweis dass „bestimmte Voraussetzungen bei Geräteauswahl und Aufstellbedingungen zu beachten“ sind.

Mischluft- versus Quellluftsystem

Viele Deckengeräte saugen die Luft seitlich an und blasen die gereinigte Luft nach unten aus. Der Anwender geht davon aus, dass die so gereinigte Luft in den Atembereich der im Raum befindlichen Person gelangt. Doch das ist ein Trugschluss. Nicht umsonst heißt dieses System „Mischluftsystem“: Die Luft wird seitlich an der Decke angesaugt und nach unten in den Aufenthaltsbereich der Personen ausgeblasen, allerdings erzeugt die Person durch ihre Körpertemperatur (und Computerabwärme) eine Thermik. Diese kollidiert mit der Strömung aus dem Luftreiniger. Es kommt zu einer Vermischung der alten und gereinigten Luft. Daher auch der Name „Mischluftsystem“. 

Deckengerät ermöglicht Quellluftsystem

Eine andere Form der Lüftung ist das Quellluftsystem. Bei diesem, zum Beispiel mit dem Deckengerät Cleanair Sky realisierten System verhält sich die Raumströmung wie folgt: Die ausgeatmete Luft wird sowohl durch die Thermik als auch durch die Ansaugung des Deckengerätes an der Decke erfasst, ohne sich weiter im Raum zu verteilen. Sie wird im Gerät entkeimt und parallel zur Decke ausgeblasen. Durch den Coanda-Effekt fließt die Luft an der Decke entlang zu den Wänden. Da die Wände in der Regel kälter sind als die Raumluft, wird die Luft dort abgekühlt, sinkt Richtung Boden und verteilt sich dort. Damit ist das Quellluftsystem realisiert.

Warum ist ein Quellluftsystem effektiv?

Die ausgeatmete, mit Aerosolen, ggf. Viren belastete Luft vermischt sich nicht erst mit der Raumluft, sondern wird direkt Richtung Gerät geführt und gereinigt. So werden die Personen im Raum mit sauberer Quellluft von unten versorgt. Die Sorge Verunreinigungen vom Boden anzusaugen, die sich am Boden abgelagert haben, ist nicht relevant, da sich am Boden nur Partikel befinden, die eine höhere Sinkgeschwindigkeit haben als die Raumluftströmung. Allerdings ist darauf zu achten, dass die Ausblasrichtung nicht zu Wänden mit Heizungen (Heizkörpern) gerichtet ist.

Fraunhofer Institut bestätigt Effizienz des Cleanair Sky

Dass die oben beschriebenen optimalen Raumströmungen vom Raumluftreiniger Cleanair Sky sehr gut realisiert werden, hat eine realitätsnahe Untersuchung am Fraunhofer Institut für Bauphysik bestätigt. Dort wurde nicht nur die Effektivität des Gerätes an sich, sondern auch die Effizienz unter Realraumbedingungen, wie in der Stellungnahme der Kommission Innenraumlufthygiene (IRK) am Umweltbundesamt gefordert, untersucht. Die positiven Ergebnisse sprechen für sich.

Keimfreies Klima als verkaufsfördernder Faktor

Forschungsergebnisse belegen, dass das Kaufverhalten der Kunden stark von ihrer Stimmung beeinflusst wird. Behaglichkeit und Atmosphäre haben für das Kaufverhalten des Kunden eine gravierende Bedeutung. Da die Behaglichkeit nicht nur durch Beleuchtung, sondern auch durch Temperatur und Luftfeuchtigkeit beeinflusst wird, spielen RLT-Anlagen eine große Rolle. Aktuell, während der Pandemie, steht das Sicherheitsbedürfnis der Kunden, d.h. die Reduzierung der Ansteckungsgefahr, im Vordergrund.

Hohe Anforderungen an die Lüftungstechnik

Die beschriebenen Behaglichkeitsparameter der Luft stellen hohe Anforderungen an RLT-Anlagen, dabei ist der ökonomische Betrieb zu beachten und muss bereits in der Planungsphase berücksichtigt werden. Bei Verkaufsstätten handelt es sich in der Regel um große Räume, also damit auch große Luftvolumenströme. Dies erfordert eine spezielle Beachtung des Energiebedarfs und damit der laufenden Betriebskosten.

Neue Herausforderungen

Waren bisher Faktoren wie z.B. Wärmelasten- und CO₂-Abfuhr maßgebend, so achten wir heute - in Zeiten der Pandemie - besonders auf die Lufthygiene. Um die Keim- und Virenanzahl in der Luft zu verringern, bedarf es dabei eines größeren technischen Aufwands. Teilweise ist ein 6-facher Luftwechsel erforderlich. Um diesen durch Zu- und Abluftsysteme zu realisieren, ist der Energieaufwand immens. Doch welche Alternative gibt es?

Neue „alte“ Lösung

Hier rückt die Umluft wieder in den Fokus. Mit den konventionellen Umluftanlagen können zwar Lasten wie Wärme und Feuchtigkeit abgeführt werden, jedoch verbleiben CO₂, Keime und Gerüche. Es wird eine Technische Lösung benötigt, um in der Umluft Keime und Gerüche zu minimieren. Zwei Techniken bieten sich hier als Lösung an. Zum einen die UV-C-Technik, zum anderen die NT-Plasmatechnik. Beide Techniken reduzieren richtig dimensioniert und kalkuliert den Keimgehalt in der Luft. Das betrifft auch COVID -19- Viren, was jüngst in einem Versuch durch das Fraunhofer Institut belegt werden konnte. Der große Vorteil hierbei ist, dass die Zusammensetzung der Luft nicht spürbar verändert wird. Im Gegensatz zur Filterung, wo sich die Viren nur auf dem Filter ablagern, werden die Viren hierbei erfolgreich inaktiviert. Sie sind dann nicht mehr infektiös und die Luft kann dem Raum unbedenklich wieder zugeführt werden.

Technische Realisierung

Eine relevante Keimreduzierung der Luft gelingt bei einem Volumenstrom mit einer „Luftwechselzahl“ von 6. Daher ist es nicht nur sinnvoll, vorhandene Lüftungsanlagen nachzurüsten, sondern zusätzlich entsprechende Umluftgeräte, die zum Beispiel als Deckengeräte ausgeführt werden können, technisch sinnvoll in den Verkaufsräumen zu verteilen. Ohne großen Aufwand lassen sich so die Bedingungen bestehender Verkaufsstätten mit dem Sicherheitsbedürfnis des Kunden vereinbaren.

PLASMA STATT FILTER – inaktivieren statt puffern

Es werden verschiedene Technologie propagiert. Vorne an die Filtration mit Hepafiltern. 
Ein 30 Zentimeter dicker H14-Filter hält 99,995 Prozent aller Partikel mit einer Größe zwischen 0,1 und 0,3 Mikrometern zurück und größere zu 100 Prozent. „Das Abscheiden von Teilchen mit Größen zwischen 0,1 und 0,3 Mikrometern ist am schwierigsten. Das Coronavirus liegt mit einer Größe von 0,12 Mikrometern (millionstel Meter) im kritischen Bereich. Zwar sind sie meist in größeren Tröpfchen gebunden, doch diese verlieren beim Trocknen an Größe. „Sie werden um einen Faktor 4,4 kleiner“, berichtet Eberhard Bodenschatz, Direktor am Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation in Göttingen. Welche weiteren Nachteile bietet ein Hepafilter: 

Die Abscheideleistung des Filters ist stark abhängig von den Umgebungsbedingungen (Luftfeuchte, Filterwiderstand, Erhöhung des Widerstandes) 

• Geräte sind aufgrund des hohen und zunehmenden Druckverlusts laut, störend und energieineffizient
• Hat der H14 Filter im Gerät auch wirklich den erforderlichen dichten Sitz?
• Die Viren werden nur aufgefangen und gepuffert und nicht inaktiviert
• Im Wartungsfall haben die Wartungspersonen Schutzanzüge zu tragen, um sich nicht zu infizieren.
• Ersatz ist kostenintensiv

Aber auch andere Technologien kommen zum Einsatz, bei den sich Fragen ergeben:

• Ist die Leistung der eingesetzten UV-C-Strahler ausreichend?
• Stellen die Kupfer- und Silberionen keine Gefahr bei Ablösung dar?
• Wird das erzeugte Ozon zur Keimabtötung wirklich so stark reduziert, dass es im Raum keine Gesundheitsgefahr darstellt?
• Ist die zerstäubte hypochlorige Säure gesundheitsschädlich?
• Bewirken die Hydroxylradikale nur das, was sie auch bewirken sollen?

Dabei gibt es eine einfache Lösung bei der Auswahl der Technologie. Orientieren Sie sich an der Stellungnahme der Kommission Innenraumlufthygiene (IRK) am Umweltbundesamt vom 16. November 2020. Dort wird nicht nur auf die Anwendung eingegangen, sondern auch auf die Anforderungen der Geräte, z.B. für Plasma- oder Ozongeräte: „Wird beim Einsatz Ozon gebildet, besteht zudem die Gefahr, dass im Realbetrieb durch chemische Reaktion mit anderen Stoffen gesundheitsschädliche Reaktionsprodukte an die Raumluft abgegeben werden können (Gunschera et al. 2016, Siegel 2016). Die IRK empfiehlt, vor Beschaffung und Einsatz von Gerätschaften mit Ionisations- und Plasmaverfahren sich von den Herstellern neben der Wirksamkeitsprüfung unter Realraumbedingungen auch den Nachweis erbringen zu lassen, dass keine gesundheitsschädigenden Emissionen erzeugt werden.“

Das Zauberwort heißt Nachweis unter „Realraumbedingungen“ auch bzgl. der Wirksamkeit. Das bezieht sich also nicht nur auf getestete HEPA-Filter, sondern das Gerät als Ganzes ist maßgebend. Und nicht nur auf dem Prüfstand, sondern unter Realbedingungen. Das bedeutet die Messraumgröße sollte zu dem Gerät wie es real eingesetzt wird gewählt werden.

Fraunhofer : Untersucht wurde unter realitätsnahen Raumbedingungen, nicht nur mit Aerosolen, sondern mit lebenden Viren namens Phi6-Bakteriophag. Diese Surrogat-Viren sind in Struktur, Größe und Stabilität mit SARS-CoV-2 identisch, jedoch nicht gesundheitsgefährdend. Die Virenfamilie ist für Versuchsreihen dieser Art anerkannt. Damit entspricht die Studie allen Vorgaben des Bundesumweltamtes für realitätsnahe Bedingungen.

Das Ergebnis: Das Gerät hat die Viren nach 165 min zu 97 Prozent in der gesamten Raumluft inaktiviert. Schon nach 45 Minuten war eine Reduktion von 72 Prozent messbar. Dabei kamen die normalen positiv unterstützenden Fakten wie Halbwertzeit der Viren und ihr Herabsinken zum Boden nicht zum Tragen. Gemessen wurde allein die Wirkung des Gerätes. In vergleichbaren Studien wird oft lediglich Salzwasser im Raum verdampft oder Viren werden nur in einem Reagenzglas oder auf einem Filter getestet. In den allermeisten Fällen wird auch nur die Partikelkonzentration gemessen. Also eine Filtrierung und keine Inaktivierung bezogen auf die Viren.

Der Cleanair Sky versetzt in seinem Inneren die durchströmende Luft extrem kurz in den Plasma-Zustand und inaktiviert die Viren. Dabei wird Ozon gebildet. Diese Reaktion läuft nur im Inneren des Geräts ab. Daher war die Ozonkonzentration, die in der Raumluft gemessen wurde, sehr gering und gesundheitlich unbedenklich: maximal 18 µg/m³, Das sind nur 15 Prozent des im Bundes-Immissionsgesetz festgelegten Zielwerts von 120 µg/m. Das Umweltbundesamt hat festgelegt, dass bei ozonproduzierenden Luftreinigungsverfahren auch gemessen wird, welche Sekundärprodukte das Gerät in die Raumluft abgibt. Ein weiteres Ergebnis der Untersuchung des Fraunhofer IBP: Bei der Luftreinigung mit dem Cleanair Sky L wurde keine kritische Belastung durch Sekundärprodukte nachgewiesen.