FAQs "Corona & Aerosole"

Aerosole sind definiert als heterogenes Gemisch aus einem Gas (häufig Luft) und Partikeln. Dabei können die Partikel fest und / oder flüssig sein. Beispiele für Aerosole sind Nebel, Feinstaub, Schweißrauch, Ölnebel, aber auch beim Atmen, Niesen, Sprechen oder Husten ausgestoßene Luft-Partikel-Gemische, die potentiell mit Krankheitserregern beladen sein können.

Aerosolpartikelfilter filtern kleinste Teilchen aus der Luft heraus. Dazu gehören zum Beispiel Feinstaubfilter, die Feststoffteilchen abscheiden. Aber auch Filter für Aerosolnebel, kleine Flüssigkeitströpfchen in der Luft.

Zum Beispiel in Diesel-Fahrzeugen zur Feinstaubabscheidung. Auch wurden schon vor der Corona-Pandemie Aerosolnebelfilter zur Reinigung der Luft aus Fertigungshallen eingesetzt, aber auch um Bremssysteme in Lkws und Bussen zu schätzen und Druckluft in der Industrie zu säubern. Auch Schutzmasken und Raumluftreiniger sind eine spezielle Form von Aerosolnebelfiltern.

In Abhängigkeit der Substanz des Fest- oder Flüssiganteils sind Aerosole häufig bereits ohne Krankheitserreger problematisch, da kleinste Teilchen (< 2,5 µm) in die Lunge eindringen können und dort – je nach Substanz - zu Vergiftungen, Verätzungen, Allergien und Lungenkrebs führen können. Virenbeladene Aerosole stellen dagegen eine akute und direkte Infektionsgefahr dar.

Tatsächlich sind Schutzmasken den anderen Aerosolpartikelfiltern sehr ähnlich. Sie bestehen alle aus faserigen Filtermaterialien, mit Fasern, die einen Durchmesser von wenigen µm haben. Der einzige Unterschied ist, dass man bei der Materialwahl bei Schutzmasken aufpassen muss. Bei Feinstaub- und Aerosolnebelfiltern sind häufig Glasfasern im Einsatz, die aus gesundheitlichen Gründen nicht für Masken geeignet sind. Hier wird eher mit Kunststoff gearbeitet. Ziel ist auch bei Schutzmasken ein hoher Abscheidegrad für Aerosolpartikel bei kleinem Druckverlust, d.h. in diesem Fall, bei einem kleinen „Atemwiderstand“.

All diese Schutzmaßnahmen wirken tatsächlich gut gegen Infektionen durch virenbeladene Aerosolpartikel. Das sind kleine Partikel, die wir beim Sprechen, Husten, Niesen, Singen, aber auch nur beim Atmen ausstoßen und die ein Hauptinfektionsweg im Zusammenhang mit COVID-19 sind. Tatsächlich ist es so, dass ein guter Infektionsschutz nur durch eine Kombination von Maßnahmen erreichbar ist. Darauf weisen wir z.B. in der Stellungnahme des Expertenkreis Aerosole hin. Das Problem ist, dass man sich auf direktem und indirektem Weg infizieren kann und dass keine der Maßnahmen das Infektionsrisiko vollständig eliminiert. Durch eine Kombination von Maßnahmen lässt sich das Risiko deutlich weiter senken als durch eine Einzelmaßnahme. Es ist wie beim Autofahren: Der Sicherheitsgurt allein sollte nicht die einzige Schutzvorkehrung am Fahrzeug sein.

Direktes Infektionsrisiko betrifft Situationen, in denen Personen in engem Kontakt sind und wo sich ausgestoßene Partikel direkt von der infizierten Person zu einer gesunden Person bewegen können. Dagegen helfen Abstand-Halten, Masketragen und kurze Kontaktzeiten. Hilfreich ist, dass es in diesem Fall nur zu Einzelansteckungen, nicht aber zu einem „Superspreading“ kommen kann.

Masken wirken auch gegen indirekte Infektionen, also Infektionen, die dadurch hervorgerufen werden, dass sich Aerosolpartikel in Innenräumen über die Zeit anreichern. Hier hilft Abstand dann nicht mehr. Die Aerosolpartikel müssen durch Lüften, über stationäre raumlufttechnische Anlagen oder über Raumluftfilter entfernt werden. Ansonsten hilft es, die Aufenthaltsdauer zu begrenzen, da erst eine gewisse Anzahl eingeatmeter Viren zu einer Infektion führt. In Innenräumen besteht die Gefahr eines Superspreading-Events, da alle Personen im Raum virenbeladene Partikel einatmen.

Durch das Lüften wird nicht nur die CO2-Belastung gesenkt – was die Konzentration fördert –, sondern mit der verbrauchten Luft werden auch die evtl. infektiösen Aerosolpartikel gegen Frischluft ausgetauscht. Wichtig ist dabei, dass „richtig“ gelüftet wird, d.h. alle Fenster komplett geöffnet werden („Kippen“ ist nicht „Lüften“), denn der Luftaustausch funktioniert umso besser, je größer die offene Fensterfläche ist und je größer der Temperaturunterschied zwischen drinnen und draußen ist. Das Umweltbundesamt (UBA) empfiehlt z.B. für Schulen das Lüften nach 20 min für die Dauer von 5 min, bei kalten Außentemperaturen reichen 2-3 min. Alternativ kann Lüftungszeitpunkt und -dauer per CO2-Ampel identifiziert werden. Darauf haben wir auch mit einer Gruppe von Wissenschaftlern, koordiniert durch das UBA, hingewiesen[1].

[1] Siehe z.B. Bodenschatz, E., Curtius, J., Exner, M., Herr, C., Hopfe, C.J., Moriske, H.-J., Müller, D., Niessner, J., Pöschl, U., Salthammer, T., Seipp, M., Steffens, T., Witt, C., and Willich, S.N.: Aktuelle Empfehlungen für die lufthygienische Infektionsprophylaxe in Schulen während der COVID-19-Pandemie, 2021, https://www.mpic.de/5099053/schulbetriebpandemie

Für Standardsituationen (z.B.: im Raum sitzen Personen und reden nicht) ist CO2 ein toller Indikator für die Aerosolpartikelkonzentration. Abweichungen gibt es einerseits dann, wenn entweder Partikel oder CO2 durch etwas Anderes als Personen produziert oder entfernt werden. Das beinhaltet z.B. grüne Pflanzen, Haustiere, Feuer, aber auch Raumluftfilter. Andererseits gibt es Aktivitäten, bei denen das Verhältnis von CO2- zu Aerosolausstoß deutlich abweicht. So werden beim Reden, aber noch mehr beim Singen im Verhältnis deutlich mehr Aerosolpartikel ausgestoßen als CO2. In jedem Fall ist aber CO2 ein Indikator dafür, wann gelüftet werden muss und damit ein Anhaltspunkt dafür, wie gut potentiell virenbeladene Aerosolpartikel durch die Fenster abtransportiert werden.

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Richtig. Raumluftfilter saugen Raumluft an, filtern Aerosolpartikel heraus und reduzieren so die Aerosolpartikelkonzentration im Raum weiter, insbesondere dann, wenn die Fenster nach einer Lüftungsphase wieder geschlossen werden. Sie können also die Aerosolpartikelkonzentration nachhaltig auf einem niedrigen Niveau halten.

FFP2-Masken schützen deutlich besser. Das liegt nicht immer nur daran, dass das Filtermaterial einen besseren Abscheidegrad für Partikel hat, wie unsere Forschungsarbeiten im Rahmen des BMBF-Projekts BioPROTECT -Mask gezeigt haben. Ein Hauptunterschied ist auch die deutlich bessere Abdichtung der FFP2-Masken ans Gesicht. Dadurch können Aerosolpartikel nicht so leicht an der Maske vorbeiströmen wie bei medizinischen Masken. Das führt leider generell auch dazu, dass der sogenannte Druckverlust bei FFP2-Masken teilweise deutlich größer ist als bei medizinischen Masken und das Atmen schwerer fällt.

ISAPS-Mitarbeiter Simon Berger konnte bei seinen Experimenten am Maskenprüfstand schön zeigen (s.u.), dass der häufigste Formtyp der FFP2-Maske (die „Axtform“) nicht optimal „atemfreundlich“ ist: Beim Einatmen berühren sich die beiden Maskenflächen teilweise, reduzieren so die Filterfläche und führen zu großen Druckverlusten. Deutlich besser schneiden da die sogenannte „Fischform“ oder die „Entenschnabelform“ ab, die beim Atemzyklus wenig verformt werden. Wenn man einen wichtigen Termin hat, bei dem FFP2-Pflicht herrscht, empfiehlt es sich daher eventuell, in eine „atemfreundlicherer“, ggf. teurere Fisch- oder Entenschnabelmaske zu investieren.

Es kommt darauf an. Luftfilter sind sehr wirksam, wenn Sie einen Volumenstrom passend zur Raumgröße aufweisen und mit einem hochwirksamen Filter ausgestattet sind, der „anständig“ verbaut ist. Im Rahmen des MWK-Verbundprojekts „Testaerosole“ sind uns da bei Experimenten zu Geräteabscheidegraden wenige „schwarze Schafe“ untergekommen, die auf ein verbautes hochwirksames Filtermaterial hingewiesen haben, das dann aber ohne Abdichtung eingebaut wurde, so dass es umströmt werden konnte. Das ist aber die absolute Ausnahme.

Dem Einsatz von verschiedenen alternativen Luftreinigungstechniken wie Kaltplasma, Ozonisierung, UV-C stehen einige Experten eher zurückhaltend gegenüber, da die Bildung von unerwünschten Nebenprodukten befürchtet wird oder teilweise Wirksamkeitsnachtweise noch ausstehen.

Aus energetischer Sicht schneiden meist weder Lüften noch Raumluftreiniger gut ab. Daher wollen wir im Rahmen des BMWi-geförderten Forschungsprojekts ESTATE gemeinsam mit internen und externen Partnern Methoden entwickeln, mit denen sich Infektionsschutz in Innenräumen und Energieeffizienz im Sinne der Energiewende bestmöglich unter einen Hut bringen lassen.

Zwischen Raumluftfiltern und stationären RLT-Anlagen muss man grundsätzlich unterscheiden.

• Das „Non-plus-Ultra“ für Klassenzimmer sind stationäre raumlufttechnische Anlagen (RLT-Anlagen). Diese schaffen kontinuierlich Luftaustausch und ersetzen verbrauchte Luft, d.h. mit CO₂ und Aerosolpartikeln angereicherte Luft durch Frischluft – und das Ganze noch energieeffizient dank Wärmetauscher. Damit das funktioniert, muss der Luftdurchsatz passen (mind. 25 m³/h/Person) und im Umluftbetrieb müssen ausreichend wirkungsvolle Filter eingesetzt werden. Derzeit haben aber nur ca. 10% der Schulen stationäre RLT-Anlagen. Diese Anlagen haben gleich drei positive Eigenschaften: Sie entfernen CO₂, entfernen Aerosolpartikel und sie sind energieeffizient.
  
• Raumluftfilter wirken gut gegen Aerosolpartikel, wenn ausreichend wirkungsvolles Filtermaterial verwendet wird, dieses anständig verbaut ist und der Volumenstrom zur Raumgröße passt (4-6 Mal/Stunde sollte das Raumvolumen komplett ausgetauscht werden, siehe z.B. VDI-Richtlinie EE 4300-14). Gegen Corona helfen sie somit, aber das CO₂ entfernen sie nicht. Lüften muss man also weiterhin.

• Mittlerweile gibt es unzählige wissenschaftliche Studien, die die Wirksamkeit solcher – guten und passgenauen – Raumluftfilter belegen. Auch zahlreiche Expertengremien haben entsprechende Stellungnahmen abgegeben. Im „Expertenkreis Aerosole“ der Landeregierung Baden-Württemberg haben wir das Thema Raumluftfilter schon in unserer ersten Stellungnahme im Dezember 2020 behandelt. Koordiniert durch das Umweltbundesamt haben wir in einem Expertengremium das Thema Infektionsschutz in Schulen  speziell beleuchtet.

Das Herzstück eines Raumluftfilters ist ein Fasergewebe mit einem Gewirr sehr vieler sehr dünner Fasern. Ein Ventilator saugt die Luft durch das Fasergewebe. Die Coronaviren sitzen auf kleinen Aerosolpartikeln, die wir beim Atmen, Husten, Niesen, sprechen ausstoßen. Beim Durchfliegen stoßen die Aerosolpartikel mit einer sehr hohen Wahrscheinlichkeit mit einer Faser zusammen und bleiben dort hängen. Damit sind sie aus der Luft entfernt.

In den guten Raumluftreinigern ist ein wirkungsvolles zertifiziertes Filtermaterial eingebaut. Schlagworte sind zum Beispiel H13 oder H14 HEPA-Filter. Diese filtern über 99,9% aller Partikel aus der Luft. Dann ist nur noch wichtig, dass das Gerät auch ausreichend Luft durch den Filter saugt und alle Bereiche des Raums entsprechend erfasst werden.

Der Ventilator erzeugt einen Sog, dem die virenbeladenen Partikel folgen.

In einem geschlossenen Raum verteilen sich die virenbeladenen Aerosolpartikel sehr schnell gleichmäßig im ganzen Raum. Es ist, als ob in einem Raum jemand Zigarette raucht. Der Rauch wird verdünnt und ist im ganzen Raum überall wahrnehmbar, und das sogar noch einige Zeit, nachdem der Raucher den Raum verlassen hat bzw. seine Zigarette gelöscht hat.

Durch Einhaltung der Vorschriften ist ein gewisser Grund-Infektionsschutz für Schüler und Lehrer sichergestellt. Ein Aerosolforscher hat einmal das schöne Bild gebracht und diesen „vorgeschriebenen“ Infektionsschutz mit einem Sicherheitsgurt beim Autofahren verglichen. Der ist vorgeschrieben und hilft schon mal gut. Mit einem Airbag wird die Sicherheit beim Autofahren weiter erhöht. Ähnlich kann man mit einem Raumluftfilter den Infektionsschutz weiter erhöhen. Eine wissenschaftliche Studie zur Wirksamkeit eines Raumluftfilters haben wir kürzlich in "Advances in Physics" veröffentlicht.

Frischluft ist zwingend nötig, um das CO₂ zu entfernen. Die Frischluft kann dabei durch Lüften oder eine stationäre raumlufttechnische Anlage eingeführt werden. Raumluftfilter ersetzen das Lüften also nicht, stationäre raumlufttechnische Anlagen schon.

Die Physik des Virus und die Physik des Aerosolpartikeltransports verändern sich bei Virusmutationen nicht. Wenn eine Variante ansteckender ist, dann steigt damit in gleichem Verhältnis die Infektionsgefahr an. Die Schutzmaßnahmen müssen also noch stringenter eingehalten bzw. ggf. verschärft werden (z.B. FFP2-Maske statt OP-Maske).

Beim Kauf:

• Der Volumenstrom des Geräts muss zum Raumvolumen passen. Das Raumvolumen sollte 4-6 Mal pro Stunde ausgetauscht werden.
• Ein hocheffizienter Filter sollte eingesetzt werden, z.B. HEPA H14 / H13 Filter, um Partikeln im relevanten Größenbereich abzuscheiden und dabei den Volumenstrom (und damit die Schallabgabe) in einem tolerablen Bereich zu belassen.
• Die Strömungsgeschwindigkeit in dem Bereich, in dem sich Leute aufhalten, sollte gering sein. Sonst kommt es zu Zugluftempfinden und die sog. thermische Behaglichkeit ist beeinträchtigt. Hilfreich ist z.B. ein Ausblasen in großer Höhe oberhalb des Aufenthaltsbereichs von Personen oder eine große Austrittsfläche, alternativ bei Aufstellung ein Ausblasen in eine Richtung, in der sich keine Personen aufhalten.
• Achten Sie auf einen möglichst geringen Lärmpegel des Geräts.

Beim Betrieb:

• Empfohlene Luftwechselrate auch einstellen und verwenden.
• Auf möglichst sinnvolle Aufstellung achten. Unbedingt Horizontalströmungen durch den Raum auf „Aufenthaltshöhe“ vermeiden, die Partikeln vom Infizierten zu einer anderen Person transportieren könnten. Idealerweise sollte die beste Aufstellung durch Strömungssimulationen identifiziert werden.

Generell ist die Infektionsgefahr draußen viel geringer als drinnen, das liegt nicht nur daran, dass es nicht zu direkten Infektionen kommen kann. Zwei Gründe führen dazu, dass auch die direkten Infektionen unwahrscheinlicher sind.

1. Die Aerosolpartikeln werden durch die Außenluft schnell verdünnt und abtransportiert.
2. Draußen sind wir häufig Großteils in Bewegung – in Zoos, Freizeitparks, auf Kinder- / Jugendfreizeiten und atmen nicht lange die Aerosolpartikeln einer festen Person ein. Für eine Infektion muss man nämlich eine gewisse kritische Anzahl an Viren einatmen, dafür braucht es eine gewisse Zeit im Kontakt mit einer infizierten Person.

Draußen helfen zusätzlich zum Bewegen und Kontaktzeiten minimieren die folgenden Schutzmaßnahmen:

• Abstand halten
• Wo beides schwierig ist, z.B. bei Veranstaltungen mit festen Sitzplätzen (z.B. Konzerte, Theater o.ä.), sollte man Masken als zusätzliche Schutzmaßnahme einsetzen

• Das „Non-plus-Ultra“ für solche Gebäude sind stationäre raumlufttechnische Anlagen (RLT-Anlagen). Diese schaffen kontinuierlich Luftaustausch und ersetzen verbrauchte Luft, d.h. mit CO₂ und Aerosolpartikeln angereicherte Luft durch Frischluft – und das Ganze noch energieeffizient dank Wärmetauscher. Damit das funktioniert, muss der Luftdurchsatz passen (mind. 25 m³/h/Person) und im Umluftbetrieb müssen ausreichend wirkungsvolle Filter eingesetzt werden. RLT-Anlagen haben gleich drei positive Eigenschaften: Sie entfernen CO₂, entfernen Aerosolpartikel und sie sind energieeffizient.
• In Bestandsgebäuden oder Gebäuden, in denen eine Nachrüstung nicht umsetzbar ist, muss gelüftet werden, um verbrauchte Luft durch Frischluft zu ersetzen und um CO₂ aus der Raumluft zu entfernen. Mit dem CO₂ werden auch Schadstoffe und infektiöse Aerosolpartikel entfernt. Den Infektionsschutz weiter erhöhen können Raumluftfilter. Diese wirken gut gegen Aerosolpartikel, wenn ausreichend wirkungsvolles Filtermaterial verwendet wird, dieses anständig verbaut ist und der Volumenstrom zur Raumgröße passt (4-6-mal/Stunde sollte das Raumvolumen komplett ausgetauscht werden, siehe z.B. VDI-Richtlinie EE 4300-14).

Zunächst stellt sich die Frage, ob das Gebäude mit einer stationären raumlufttechnischen Anlage ausgestattet ist. Das ist der Idealfall, denn dann sorgt die Anlage für einen energieeffizienten Austausch von „verbrauchter“ (CO₂-belasteter, ggf. mit infektiösen Aerosolen und anderen Schadstoffen beladener) Luft mit sauberer Luft (Frischluft und anteilig ggf. gefilterte Umluft). Falls keine raumlufttechnische Anlage vorhanden ist, muss der Luftaustausch über Fensterlüftung stattfinden. Nur so kann die CO₂-Konzentration gesenkt werden. Ggf. sollte überprüft werden, ob eine Nachrüstung einer raumlufttechnischen Anlage möglich und wirtschaftlich ist. Falls dies nicht der Fall ist, kann über mobile Raumluftfilter der Infektionsschutz zusätzlich erhöht werden. Mittlerweile gibt es unzählige wissenschaftliche Studien, die die Wirksamkeit solcher – guten und passgenauen – Raumluftfilter belegen. Auch zahlreiche Expertengremien haben entsprechende Stellungnahmen abgegeben. Im „Expertenkreis Aerosole“ der Landeregierung Baden-Württemberg haben wir das Thema Raumluftfilter schon in unserer ersten Stellungnahme im Dezember 2020 behandelt. Koordiniert durch das Umweltbundesamt haben wir in einem Expertengremium das Thema Infektionsschutz in Schulen speziell beleuchtet.