7. Dezember 2020

Fensterlüftung ist keine Lösung gegen Sars-CoV-2. Dezentrale Lüftungsgeräte mit Wärmerückgewinnung und CO₂-Regelung sind am nachhaltigsten

Der Koalitionsausschuss der Bundesregierung hat am 13. Oktober diesen Jahres ein Förderprogramm in Höhe von 500 Mio. Euro zur Covid-19-gerechten Um- und Aufrüstung von zentralen RLT-Anlagen in öffentlichen Gebäuden und Versammlungsstätten verabschiedet. Auch Schulen profitieren davon. Darüber hinaus will der Freistaat Bayern den Einbau von Lüftungsanlagen und CO₂-Ampeln mit 50 Mio. Euro fördern. Allerdings haben sich die Mitglieder der Kultusministerkonferenz weitgehend für die Fensterlüftung und gegen maschinelle Lüftungsanlagen, insbesondere gegen mobile, dezentral aufgestellte Raumluftreiniger mit Hochleistungsfiltern, ausgesprochen.

Wenn es nach dem Willen der Kultusminister der Länder geht, wird in Schulen künftig weitgehend periodisches Stoßund Querlüften über Fenster und Türen praktiziert; ein aus der Sicht von Lehrern und ihren Berufsorganisationen unhaltbarer Zustand. Die Kommission Innenraumhygiene am Umweltbundesamt (UBA) hat sich in einer Stellungnahme vom 15. Oktober 2020 angesichts des Themas „Coronaschutz in Schulen“ dafür ausgesprochen – Zitat: „Klassenräume regelmäßig alle 20 Minuten für etwa fünf Minuten bei weit geöffneten Fenstern zu lüften“.

Durch Messungen und Erfahrungen ist bekannt, dass sich Viren sowohl per Tröpfcheninfektion durch Husten, Niesen, Sprechen, Singen und weiter durch die Übertragung dieser Tröpfchen über die Hände in den Mund-/Nasenbereich, als auch durch Aerosole in der Luft, also über luftgetragene Partikel, verbreiten. Selbst bei ruhiger Atmung können virushaltige Partikel freigesetzt werden. Wie lange sich ausgeschiedene Tröpfchen in der Luft halten, hängt von der Schnelligkeit der Verdunstung des Wasseranteils des virusbesetzten Tröpfchens ab. Bei starker Verdunstung, sprich bei sehr trockener Luft, lassen sich vermehrungsfähige Viren in luftgetragenen Partikeln bis zu drei Stunden nach Freisetzung nachweisen, so das UBA. Gleichzeitig können die Partikel innerhalb kurzer Zeit über mehrere Meter im Raum transportiert und verteilt werden, sei es durch Luftströmungen, durch Konvektion, Druckunterschiede oder menschliche Bewegungen und Tätigkeiten. Ziel jeglicher Lüftungsmaßnahmen, ob via Fenster oder mechanisch über Lüftungsgeräte bzw. Lüftungsanlagen, ist die Verdünnung bzw. Entfernung des Aerosols durch einen möglichst hohen Frischluftanteil.

Fensterlüftung allein reicht nicht

Der Deutsche Lehrerverband begrüßt die Initiative der Bayerischen Staatsregierung ausdrücklich; es sei ein guter Schritt in die richtige Richtung. Gleichzeitig kritisiert er die ablehnende Haltung der Kultusministerkonferenz zum Einbau von Lüftungsanlagen an Schulen. Eine Studie der Wolf GmbH, Mainburg, mit Unterstützung der Technischen Universität Berlin, Hermann-Rietschel-Institut (HRI), kommt zu dem Ergebnis, dass eine mechanische Lüftung die Partikelkonzentration in der Raumluft effektiver und über einen längeren Zeitraum reduziert als gekippte Fenster. Nur durch eine regelmäßige Stoßlüftung von fünf Minuten in einem Zeitintervall von ca. 20 Minuten ließe sich eine deutliche Senkung der Partikelkonzentration erzielen.

Die Simulationsrechnungen am HRI wurden anhand eines typischen Klassenzimmers von 60 m² mit einer Lehrkraft und 24 Schüler*innen durchgeführt. In der Messvariante „alle Fenster geöffnet“ stellt sich bei 20 °C Außentemperatur eine Luftwechselrate von kurzfristig 15 ein, sodass die Partikelkonzentration bis unter 100 Partikel/m³ abnimmt. Sobald die Fenster wieder gekippt sind steigt die Partikelkonzentration jedoch wieder auf den Ursprungswert an. Die Simulationsergebnisse zeigen, dass das kontaminierte Raumvolumen bei geschlossenen Fenstern mehr als 900 infizierte Partikel pro m³ beinhalten kann. Welche Konzentration an virusbelasteten Partikeln letztendlich zu einer Ansteckung führt, ist zurzeit noch nicht gesichert. Grundsätzlich wird davon ausgegangen, dass das Infektionsrisiko proportional mit der Partikelkonzentration ansteigt.

Im Hinblick auf den Herbst und Winter sind bei gekippten Fenstern und regelmäßiger Stoßlüftung mit erheblichen Komforteinschränkungen durch Zugerscheinungen, einem starken Anstieg der Energiekosten und höheren Krankheitsraten durch Erkältung zu rechnen.

Sicherheit, Komfort und Energieeinsparung durch maschinelle Lüftung

Im Vergleich zur Fensterlüftung reicht ein etwa viereinhalbfacher Luftwechsel aus, den oben beschriebenen Raum maschinell über das in der Simulation eingesetzte Kompakt-Lüftungsgerät CGL von Wolf zu be- und entlüften. Mit permanent geschlossenen Fenstern und einem Frischluftvolumen von 800 m³/h wurde gezeigt, dass hierbei die Partikelkonzentration in einem Norm-Klassenzimmer im unkritischen Bereich stabilisiert werden kann.

Die Luftführung im Simulationsversuch erfolgt über an der Decke angeordnete Auslassventile; die verbrauchte „belastete“ Luft wird zentral am Sockel des Gerätes abgeführt. Dadurch wird der bauliche Aufwand bei Nachrüstungen minimiert. Im Grunde werden für die Installation lediglich zwei Wanddurchbrüche mit je 250 mm Durchmesser benötigt bzw. ein entsprechendes Blindelement für die Aufstellung vor einem Fenster. Noch einfacher ist es, die Luft frei ausblasend an der Decke in den Raum auszubringen, um den Coanda-Effekt für die gleichmäßige Verteilung der Raumluft zu nutzen. Auch energetisch hat die mechanische Lüftung Vorteile. Durch die integrierte Wärmerückgewinnung mit einem Wirkungsgrad von bis zu 90 % entsteht ein wirtschaftlicher wie auch ökologischer Mehrwert. Bei der Fensterlüftung wird dagegen buchstäblich „zum Fenster hinaus“ geheizt.

Neben der Partikelkonzentration wurden bei den Messversuchen am HRI auch die Kohlendioxid-(CO₂)Konzentration als Maß für die Raumluftqualität überwacht. Innerhalb von 45 Minuten stieg unter realitätsnahem Klassenzimmerbedingungen beim maschinell belüfteten Raum der CO₂-Gehalt von 400 ppm (entspricht sauberer Außenluft) auf maximal 950 ppm. Bei der Fensterlüftung erreichte der CO₂-Gehalt im gleichen Zeitraum bis zu 1300 ppm.

Als CO₂-Grenzwert gilt die sogenannte Pettenkofer-Zahl von 1000 ppm. Ab 2000 ppm beginnt laut UBA der hygienisch inakzeptable Bereich. Im Hinblick auf eine möglichst geringe Sars-CoV2-Belastung der Raumluft kann die maschinelle Lüftung nach jeder 45-Minuten-Schulstunde zusätzlich durch Fensterlüftung (Stoßlüftung) unterstützt werden.

Aus Sicht vieler Wissenschaftler und Pädagogen schützen maschinelle Lüftungsanlagen mit großer Wahrscheinlichkeit vor Corona-bedingten Schulschließungen. Durch einen unterbrechungsfreien Unterricht sei außerdem ein störungsfreier Lernbetrieb gewährleistet. Auch komme es durch ein maschinelles Lüftungskonzept zu weniger Krankheitsfällen.

Raumluftreiniger als Sofortmaßnahme

Eine andere Möglichkeit der Minimierung des Ansteckungsrisikos in Schulräumen sind stationäre oder mobile Raumluftreiniger, die in der Lage sind, mittels Hochleistungsfilter die Partikelkonzentration raumbezogen im Umluftverfahren zu reduzieren. Solche Geräte werden bereits in Laboren, im Umfeld von Reinräumen sowie in Bereichen mit hygienisch sensiblen Maschinen und Arbeitsplätzen eingesetzt, beispielsweise in der Lebensmittelindustrie. In der Regel werden diese Geräte dann aufgestellt, wenn innerhalb eines konventionell belüfteten bzw. klimatisierten Gebäudes mit geringem Aufwand Zonen von höherer Luft reinheit benötigt werden. Obwohl solche Umweltreiniger häufig mit HEPA-Filtern (HEPA = High Efficiency Particulate Air) ausgerüstet sind, ersetzen die in Schulräumen aufgestellten Hocheffizienzfiltergeräte nicht die kontinuierliche Frischluftzufuhr, da sich die umgebende Raumluft mit CO₂ und Feuchtigkeit anreichert. Dennoch sind solche Geräte als flankierende Maßnahme hinsichtlich der Reduzierung von schädlichen Partikelkonzentrationen als probates Mittel in Betracht zu ziehen, vor allem in den kälteren Jahreszeiten.

Was muss bei der Planung von Schullüftungen beachtet werden?

Die Planung von Schullüftungen jeglicher Art ist keinesfalls trivial. Wolf hat deshalb ein umfassendes Schulungsprogramm für die Lüftung von Bildungsstätten und Versammlungsräumen entwickelt, das alle Facetten einer Normungs- und verordnungsgerechten Planung umfasst sowie Maßnahmen zur Covid-19-gerechten Planung berücksichtigt.

Für das Comfort Großraum-Lüftungsgerät (CGL) stellt die Wolf-Akademie ein spezielles Planungsmodul zur Verfügung. Das erleichtert die Normungs- und Richtlinien-gerechte Planung und Auslegung von dezentralen Schullüftungen.

Im Hinblick auf die staatlichen Förderprogramme bietet Wolf zusätzlich auch Unterstützungspakete an, von der Antragstellung bis hin zur kompletten Abwicklung des Förderantrags. Neben zahlreichen DIN EN-Normen und einem UBA-Leitfaden für die Innenraumhygiene in Schulgebäuden sind es vor allem die Richtlinien VDI 6040, Blatt 1 und 2, die bei der Planung von Schullüftungen den Maßstab setzen.

Eine Pflichtlektüre für die Planung von Schullüftungen ist der UBA-Leitfaden „Besser lernen in guter Luft, Anforderungen an Lüftungskonzeptionen in Bildungseinrichtungen“. Dort sind auch Hinweise auf die Arbeitsstättenrichtlinie ASR A 3.6 nachzulesen. Diese wurde inzwischen um die neue Sars-CoV-2-Arbeitsschutzregel erweitert. Im Grunde genommen gibt diese Richtlinie den verpflichtenden Einbau von maschinellen Lüftungen in Schulräumen vor. Da es sich bei Schulen weitgehend um öffentliche Gebäude handelt, greift bei der Planung auch die AMEV-Richtlinie „RLT-Anlagenbau 2018“.

Im Hinblick auf eine möglichst effiziente Schadstoff-/Partikelabfuhr spielen künftig die Lüftungseffektivität bzw. die Strömungsvarianten des Luftverteilsystems bei der Konzeption von Schullüftungen eine tragende Rolle.

Luftverteilungen mit textilen Schläuchen. Diese lassen sich mit geringem baulichem Aufwand montieren. Der Lufteintrag in den Raum erfolgt turbulenzarm nach dem Prinzip der Quelllüftung.

Die speziell für Schul- und Versammlungsräume entwickelte Wolf-Geräteserie CGL (Comfort Großraum-Lüftungsgerät) deckt mit drei Leistungsstufen einen Großteil der Anforderungen an Schulräume ab. Durch variable bzw. wählbare Luftmengen passt sich das Gerät automatisch an die CO²-Zielvorgabe an.

Umluftfunktion von RLT-Anlagen in Zeiten von Corona abschalten

Auch konventionelle raumluft technische Anlagen können einen Beitrag zur Reduzierung der Ansteckungsgefahr leisten. Wichtig ist, dass die Umluftfunktion außer Betrieb genommen und die Luft wechselrate erhöht wird. Laut Umweltbundesamt gibt es Hinweise, dass ein Sars-CoV-2-Ausbruch in einem industriellen Produktionsbereich mit hoher Wahrscheinlichkeit auf einen hohen Umluftanteil zurückzuführen ist.

Ein einfacher Luft wechsel pro Stunde verringert beispielsweise die in einem Innenraum freigesetzte Stoffmenge innerhalb einer Stunde um 60 %, so die Theorie. Höhere Luftwechselraten seien entsprechend wirksamer bei der Stoffabfuhr, so das UBA. Zu berücksichtigen sei jedoch auch die Art der Luftführung und mögliche Turbulenzen. Fast alle HLK/RLT-Verbände haben inzwischen Leitfäden zum Betrieb von RLT-Anlagen in Zeiten von Corona herausgegeben, beispielsweise der Bundesverband Technische Gebäudeausrüstung (BTGA), der Fachverband Gebäude Klima (FGK) und der Herstellerverband Raumluft technische Geräte (RLT).

Den wissenschaft lich fundiertesten Leitfaden erarbeitete der Dachverband der Europäischen Verbände für Heizung, Lüftung und Klima (REHVA). Die deutsche Übersetzung der in Englisch verfassten Empfehlung findet sich auf der Homepage des schweizerischen Vereins für Luft- und Wasserhygiene (www.svlw.ch), Stichwort „REHVA-Covid-19“. Die wichtigsten der von der REHVA empfohlenen Maßnahmen sind:

• RLT- und Lüftungsanlagen nachts und am Wochenende nicht abschalten, sondern mit geringer Leistung weiter betreiben,
• Lüftungsgeräte auf 100 % Außenluft stellen,
• Wärmerückgewinnungsanlagen auf Leckagen prüfen, insbesondere die Rotationswärmeübertrager,
• keine Luftkanalreinigung in Zeiten von Corona durchführen,
• Filterwechsel und Wartungsarbeiten wie gehabt mit den üblichen Schutzmaßnahmen durchführen.

Fazit

Die maschinelle Lüftung von Schulräumen trägt wesentlich dazu bei, das Infektionsrisiko für Schüler und Lehrer zu vermindern. Dezentrale Lösungen lassen sich relativ kurzfristig mit geringem baulichem Aufwand realisieren. Mobile Luftreiniger sollten in allen Fällen, in denen kein kontinuierliches Lüften sichergestellt werden kann, als flankierende und effiziente Maßnahme in Betracht gezogen werden. Bestehende RLT-Anlagen sollten nach der Maßgabe der Verbände auf einen Covid-19-gerechten Betrieb überprüft werden

Autor: Maximilian Schmidt, Master of Engineering, Market Launch Manager Wolf GmbH

Bilder: Wolf Heiztechnik

www.wolf.eu