Hygienische Luftkonditionierung

Superspreading-Events – Ereignisse, bei denen eine einzige infizierte Person zahlreiche weitere Personen ansteckt – treten bei SARS-CoV-2 nahezu ausschliesslich in Innenräumen auf. In mehreren dokumentierten Fällen wurden Ansteckungen über mehr als sieben Meter Distanz nachgewiesen. Das ist nur durch infektiöse Aerosole erklärbar, die von Superspreadern freigesetzt werden und lange schwebend in der Raumluft verbleiben.

Abb. Niesen: grössere Tröpfchen mit begrenzter Reichweite, begleitet von einer Aerosolwolke. [Quelle: PHIL, James Gathany, CDC, gemeinfrei]

Infektiöse Aerosole im Fokus

Das SARS-CoV-2-Virus mit seiner Proteinhülle von ca. 0,1 Mikrometer Durchmesser wird von infizierten Personen über die Atemwege abgegeben – in Tröpfchen und in Aerosolen (Schwebepartikeln < 5 Mikrometer, viele sogar < 1 Mikrometer).

Wichtig: Studien mit Influenza-Viren zeigen, dass Aerosole mehr intakte Viren enthalten als grössere Tröpfchen, in denen Viren häufiger strukturelle Defekte aufweisen. Es spricht einiges dafür, dass dies bei Coronaviren ähnlich ist.

Eine bedeutsame epidemiologische Eigenschaft von SARS-CoV-2 ist die Überdispersion: Schätzungen zufolge sind rund 10 % der Infizierten für 80 % der Weitergabe verantwortlich. Die meisten Infizierten geben das Virus nicht weiter; wenige Superspreader sind für die Hauptlast der Übertragung verantwortlich.

Abb. Superspreading-Event in einem Restaurant in Guangzhou: Das Klimagerät beförderte infektiöse Aerosole zu mehreren Tischgruppen.

Tröpfchen und Aerosole

Abb. Gemisch aus Aerosolen (geringe kinetische Energie, lange Schwebezeit) und grösseren Tröpfchen (grössere Reichweite, kurze Flugbahn).

Beim Niesen (bis ca. 90 m/s), Husten (ca. 25 m/s) und beim Sprechen wird ein breites Grössenspektrum an Tröpfchen ausgestossen. Grosse Tröpfchen erreichen Wurfweiten von bis zu sieben Metern beim intensiven Niesen, landen dann auf Oberflächen und tragen nicht zur Virenlast in der Raumluft bei.

Aerosole hingegen haben beim Austritt kaum kinetische Energie, sinken nicht rasch nach unten und können in geschlossenen Räumen 8 bis 14 Minuten in stehender Luft schweben. Bei turbulenter Luft ist eine Schwebezeit von mehreren Stunden möglich. Eine infektiöse Person, die spricht, gibt mit jeder Ausatemphase Tausende von Aerosolen in die Raumluft ab.

Abb. Entstehung unterschiedlicher Tröpfchengrössen entlang der Atemwege.

Einfluss von Luftfeuchtigkeit und Temperatur

Verweilzeit von Aerosolen

Sehr trockene Luft (unter 30 % r.F.) lässt Tröpfchen schrumpfen und verlängert die Schwebezeit von Aerosolen. Das Infektionsrisiko ist unter trockenen Bedingungen erhöht. Hoher Luftwechsel mit kalter Aussenluft – etwa über Komfortlüftungsanlagen ohne Enthalpierückgewinnung (wie in vielen Minergie-Gebäuden) – begünstigt ein trockenes Raumklima.

Immunabwehr der Atemwege

Abb. Die Flimmerhärchen (Kinozilien) der Atemwegsschleimhäute fördern Schleim mit Partikeln und Viren in den Rachenraum. [Quelle: ETH Zürich, adaptiert von Blausen / Wikipedia / CC BY 3.0]

Kinozilien (haarartige Zellfortsätze der Atemwegsschleimhäute) transportieren Partikel, Keime und Viren aus den Atemwegen in den Rachenraum. Bei trockener Luft funktioniert dieses Reinigungssystem weniger effizient: Der Schleim wird zähflüssiger und der Transport verlangsamt sich. Tierexperimentelle Studien (Mäuse) zeigen, dass die Immunantwort auf Influenzaviren bei niedriger relativer Luftfeuchtigkeit (10–20 %) gegenüber 50 % deutlich beeinträchtigt ist.

Empfehlung: Eine relative Luftfeuchtigkeit von mindestens 30 %, besser mindestens 40 % ist in Innenräumen anzustreben – ohne die Obergrenze von 60 % zu überschreiten, um Schimmelbildung zu vermeiden.

Tätigkeit und Aufenthaltsdauer

Abb. Zunahme der aerogenen Virenlast eines Superspreaders über die Zeit – in Abhängigkeit von seiner Tätigkeit (Zuhören, Sprechen, Singen).

Die Aerosolfreisetzung steigt mit körperlicher Anstrengung, Singen und lautem Sprechen. Je länger sich eine infektiöse Person in einem unbelüfteten Raum aufhält, desto höher wird die Virenlast in der Raumluft. Im Freien verdünnen sich Aerosolwolken schnell; eine japanische Studie beziffert das Infektionsrisiko in Innenräumen auf das ca. 19-Fache gegenüber dem Aussenraum.

Luftkonditionierung als Schutzmassnahme

Den Luftwechsel erhöhen

In einem unbelüfteten Raum mit hoher Belegung kann die Konzentration infektiöser Aerosole nach 15 bis 40 Minuten kritische Werte erreichen. Als pragmatische Empfehlung gilt heute für Innenräume mit vielen Personen ein Luftwechsel von 6 Raumvolumen pro Stunde (6 rv/h). Bei grossem Raumvolumen pro Person oder bei Verdrängungs- bzw. Quelllüftung kann ein geringerer Wechsel ausreichen.

Als Faustregel für eine angemessene Raumbelegung (IBH-Empfehlung): min. 2,5 m² Bodenfläche pro Person bei geordnetem, min. 5 m² bei ungeordnetem Aufenthalt sowie min. 8,5 m³ Raumvolumen pro Person.

CO₂ als Leitparameter

CO₂-Messgeräte sind ein pragmatisches Hilfsmittel, um die Luftqualität in belegten Räumen zu überwachen. In einer epidemischen Situation sollte der CO₂-Gehalt den Aussenluftgehalt (typisch 400 ppm) um nicht mehr als 600 ppm übersteigen – besser um nicht mehr als 300 ppm.

Fenster- und ventilationsunterstützte Lüftung

Abb. Ventilationsunterstützte Fensterlüftung: Ein leicht nach unten geneigter mobiler Ventilator vor einem geöffneten Fenster flutet den Bodenbereich mit Frischluft; verdrängte Luft entweicht über gekippte Fenster oben.

Dreimaliges Querlüften pro Stunde erreicht keinen Luftwechsel von 6 rv/h. In der Heizperiode können Fenster nicht dauerhaft geöffnet bleiben. Für Räume mit nur einseitiger Befensterung empfiehlt sich ein mobiler Ventilator vor dem geöffneten Fenster. Querlüften über Innentüren in Flure oder andere belegte Räume ist zu vermeiden.

Lüftungsanlagen und -konzepte

Die meisten bestehenden Lüftungsanlagen liefern keinen Luftwechsel von 6 rv/h. Im Einzelfall ist zu prüfen, ob eine Anpassung ohne grossen Umbau möglich ist. Unabhängig von der Pandemielage empfehlen wir die vollumfängliche Anwendung der Hygienerichtlinie SWKI VA104-01 für raumlufttechnische Anlagen.

Induktionslüftung

Abb. Induktionslüftung (Mischluftsystem): Zuluft wird mit hoher Geschwindigkeit eingeblasen und mit der Raumluft durchmischt.

Induktionssysteme sind in der Praxis am häufigsten anzutreffen. Alle dezentralen Lüftungsgeräte gehören zu dieser Kategorie.

Verdrängungs- und Quelllüftung

Abb. Verdrängungs- und Quelllüftung: Luft wird im Sockelbereich beruhigt eingebracht und steigt entlang warmer Oberflächen nach oben – mit sehr geringer Durchmischung.

Bei Quelllüftungen wird Luft mit 1–3 °C unter Raumtemperatur beruhigt im Sockelbereich eingebracht. Da Wärme und Aerosole von Menschen von unten nach oben wandern, ergibt sich ein hygienisch günstiges Strömungsmuster. Quelllüftungen erfordern weniger Luftmenge als Induktionssysteme und finden sich häufig in Hörsälen, Theatern und Kinos.

Umluftbetrieb

Lüftungsanlagen im Umluftbetrieb sind in der Regel mit für Viren unzureichenden Filtern ausgestattet. Während einer aktiven Pandemie ist der Umluftbetrieb zu unterlassen oder die Filtration entsprechend zu verbessern.

Gefährliche Umluftgeräte

Abb. Typische Umluftgeräte: Deckenheizlüfter, Deckenklimaanlage, Standventilator, Entfeuchtungsgerät – alle verteilen ungefilterte Raumluft und erhöhen damit die Reichweite infektiöser Aerosole.

Geräte, die Raumluft umwälzen ohne ausreichende Filterung, können infektiöse Aerosole über grosse Distanzen im Raum verteilen und haben bei dokumentierten Superspreading-Events eine entscheidende Rolle gespielt. In Pandemiezeiten sind folgende Geräte in Aufenthaltsräumen zu unterlassen:

• Tisch-, Stand- und Deckenventilatoren
• Heizlüfter (auch fest montierte)
• Klimageräte ohne HEPA-Filter
• Luftentfeuchter

Weniger problematisch sind Haarföne und Staubsauger mit HEPA-Filter.

Luftreiniger

Mobile Luftreiniger mit HEPA-Filter (Filterklasse H13 oder H14, Abscheidegrad ≥ 99,95 %) können unterstützend eingesetzt werden, wenn der erforderliche Luftwechsel mit Frischluft allein nicht erreichbar ist. Luftreiniger reduzieren neben der Virenlast auch andere Aerosole wie Stäube, Sporen und Allergene. Geräte mit UVC oder Ionisation bieten derzeit noch keinen verlässlich nachgewiesenen Schutz gegen SARS-CoV-2 im Luftstrom und können bei ungeeigneter Ausführung zudem Ozon freisetzen.

Bei der Aufstellung ist darauf zu achten, dass Luftreiniger keine Luftströmungen im Raum erzeugen, die infektiöse Aerosole auf weitere Personen lenken könnten.

Befeuchtung der Raumluft

In der Heizperiode sinkt die relative Luftfeuchtigkeit in Innenräumen häufig unter 30 %. Für die Abwehr respiratorischer Viren sollte eine relative Luftfeuchtigkeit von mindestens 30–40 % gewährleistet sein. Luftbefeuchter sind dabei sorgfältig zu wählen: Kalt vernebelnde Geräte (Ultraschall) können bei unzureichender Wartung Legionellen in die Raumluft abgeben. Verdampfer stellen dagegen kein Verkeimungsrisiko dar.