Kosteneffiziente Luftreiniger gegen Corona

Immer mehr Experten fordern den Einsatz von Luftreinigern mit HEPA Filtern, um der Verbreitung des Corona Virus entgegenzuwirken. Insbesondere Einrichtungen mit einem schlechten Belüftungssystem und hoher Belegungsdichte werden mit verschiedenen Luftreinigern ausgestattet. Bei der Wahl des Geräts sollte der Fokus auf drei wesentlichen Kennzahlen liegen: ein hoher Volumenstrom, eine hohe Wirksamkeit und eine geringe Lautstärke. 

Interessanterweise wird die technologische Lösung, die die perfekte Kombination dieser Parameter bietet, schon seit Jahrzehnten verwendet. Die Rede ist von sogenannten Filter Fan Units (FFUs), die insbesondere in der Halbleiter- und Pharmaindustrie eingesetzt werden. Die FFUs sind sehr robust und einfach zu bedienen. Der größte Vorteil dieser Geräte gegenüber kommerziellen Luftreinigern liegt jedoch in dem geringen Preis. Mitarbeiter unter der Leitung von Prof. Dr. Pronin nutzen daher mobile FFUs für einen flächendeckenden Einsatz kosteneffizienter Luftreiniger an der HSU.  

FFU Luftreiniger im Seminarraum
Fig.1 Diese Luftreiniger werden bald flächendeckend in der HSU als weiterer Schutz vor dem Coronavirus aufgestellt.

Wie es zu dem Projekt kam

Es ist Oktober 2020. Ein Doktorand der LTS Professur ist mit Corona infiziert, ohne es zu wissen. Zusammen mit Prof. Pronin und einem anderen Doktoranden arbeitet er über eine Stunde in einem kleinen, schlecht belüfteten Labor. Trotzdem haben sich weder Prof. Pronin, noch der andere Doktorand angesteckt.  

“Es überraschte mich, was für einen hohen Schutz unsere OP-Masken bieten”, erzählt Prof. Pronin. “Doch dann fiel mir auf, dass im Laserlabor die ganze Zeit ein Luftreiniger (FFU, see Fig. 2) lief.”  Sie sollen in hochsensiblen Bereichen Staub und andere Partikel aus der Luft entfernen. Ausgestattet mit einem HEPA 14 Filter sind sie damit auch gegen die gefährlichen Corona Aerosole effektiv. “Mir ist bewusst, dass wir auch einfach Glück hatten und es keinen hundertprozentigen Schutz gibt. Dennoch sollten wir die technologischen Mittel nutzen, die uns zur Verfügung stehen. Letztendlich sind Masken auch nur Filter. Und es gibt noch wesentlich leistungsstärkere Filter!”
Die FFUs entfernen über 99,995% aller Partikel aus der Luft 1. Damit helfen sie nicht nur gegen Coronaviren, sondern auch gegen andere Erreger und Pollen.

Luftreiniger als Schutzmaßnahme sind keine neue Idee. Prof. Kähler von der Universität der Bundeswehr München sorgte bereits im August mit seiner Studie 2 zu der Effektivität dieser Geräte für Aufsehen. Demnach seien für die Wahl des Luftreinigers insbesondere drei Kennzahlen wichtig 3:
Volumenstrom, Wirksamkeit und Lautstärke. 

Eine FFU im Laserlabor
Fig. 2 Laserlabor. Die FFU ist über dem optischen Tisch installiert, um eine staubfreie Umgebung bei der Entwicklung von High-Tech Femtosekundenlasern zu gewährleisten.

FFUs als Luftreiniger

Filter Fan Units nutzen einen HEPA 14 Filter und leisten einen hohen Volumenstrom. Luftreiniger mit vergleichbaren Werten kosten üblicherweise über 2.000 €. Solche Preise verhindern einen flächendeckenden Einsatz. Das brachte Prof. Pronin auf die Idee, die industriell genutzten FFUs als weitaus günstigere Alternative einzusetzen. “Dank der sehr überschaubaren Anschaffungskosten können wir eine Vielzahl von Raumluftreinigern in der HSU installieren”, erklärt Prof. Pronin. Die HSU hat bereits 20 FFUs als Raumluftreiniger beschafft und weitere 50 Geräte bestellt. “Ich glaube, dass wir mit einem passenden Konzept aus Masken und Luftreinigern Präsenzunterricht grundsätzlich ermöglichen können und eine sichere Atmosphäre für Studierende sowie Kolleginnen und Kollegen während des Unterrichts schaffen.”

Dieses Projekt führte zu dem Spin-off Unternehmen Nordair Systems.

Volumenstrom

Der Volumenstrom gibt an, wieviele Kubikmeter Luft pro Stunde gereinigt werden können. Um auch in einem Raum mit mehreren Personen ausreichend geschützt zu sein, bedarf es einer Luftwechselrate von 6 – 10 pro Stunde 2 4 . Das bedeutet, dass der Volumenstrom der Luftreiniger etwa das sechs- bis zehnfache des Raumvolumens pro Stunde betragen sollte. Diese Ansicht teilt auch Prof. Curtius von der Goethe-Universität in seiner Studie zu mobilen Luftreinigern 5.

Wirksamkeit

Die Wirksamkeit (oder auch Abscheidegrad) beschreibt, wie effektiv die Luft gereinigt werden kann. Für einen schnellen Überblick zum Abscheidegrad werden Filter nach der Norm EN 1822 klassifiziert 1 . In medizinischen Einrichtungen wie Krankenhäusern werden seit vielen Jahren HEPA 14 Filter verwendet 6 7 . Diese Filter entfernen über 99,995% der Partikeln mit einer Größe um die 0,3 μm 8, der am schwierigsten zu filternden Partikelgröße, aus der Luft. Kleinere Partikel in der Größe des Coronavirus um die 0,1 μm oder größere mit Coronaviren kontaminierte Aerosole werden praktisch zu 100% abgeschieden.2 9 10

Lautstärke

Die von Prof. Curtius untersuchte Schulklasse empfand eine Lautstärke von 48 dB(A) als nicht störend 5.  Erfahrungen an der HSU haben gezeigt, dass bei einer Lautstärke über ca. 55 dB(A) die Leistung wieder reduziert wird. Um auch in großen Räumen eine ausreichende Luftwechselrate zu erreichen, können mehrere Luftreiniger verwendet werden. Dies bietet zudem den Vorteil, dass die Luft im Raum homogener gereinigt wird 5

UV-C Luftreiniger

Einige Geräte nutzen UV-C Strahlung, um die Viren durch Licht mit einer Wellenlänge von 100 nm bis 280 nm unschädlich zu machen 11. Dabei müssen die Viren jedoch für eine gewisse Zeit bestrahlt werden und die Luft demnach langsam durch den Reiniger geführt werden. Dadurch ist nur ein geringer Volumenstrom möglich 12

1) BRITISCH STANDARD,. (2009). High efficiency air filters (EPA, HEPA and ULPA) (BS EN1822-1:2009). Online abgerufen von: https://weerhuisje.eu/pdf/EN1822-1-2009_Highefficiencyairfilters_EPA_HEPA_ULPA_Part1_Classification_performance.pdf

2) Kähler, C. J., Fuchs, T., & Hain, R. (2020). Können mobile Raumluftreiniger eine indirekte SARS-CoV-2 Infektionsgefahr durch Aerosole wirksam reduzieren. Hg. v. Universität der Bundeswehr München. Strömungsmechanik und Aerodynamik. Online abgerufen von: https://www.unibw.de/lrt7/raumluftreiniger.pdf (zuletzt abgerufen am 18.02.2021).

3) Exner, M., Walger, P., Gebel, J., Schmithausen, R., Kramer, A., & Engelhart, S. (2020). Zum Einsatz von dezentralen mobilen Luftreinigungsgeräten im Rahmen der Prävention von COVID-19. Stellungnahme der Deutschen Gesellschaft für Krankenhaushygiene (DKKH). Bonn.

4) American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers. (2020).  Ventilation of Health Care Facilities (ANSI/ASHRAE/ASHE Standard 170-2017). Online abgerufen von: https://www.ashrae.org/file%20library/technical%20resources/standards%20and%20guidelines/standards%20errata/standards/170_2017_a_20200901.pdf

5) Curtius, J., Granzin, M., & Schrod, J. (2021). Testing mobile air purifiers in a school classroom: Reducing the airborne transmission risk for SARS-CoV-2. Aerosol Science and Technology, 1-18.

6) Deutsche   Gesellschaft   für   Krankenhaushygiene   (2015)   Krankenhaushygienische Leitlinie für die Planung, Ausführung und den Betrieb von Raumlufttechnischen Anlagen in  Räumen  des  Gesundheitswesens.  Hyg  Med  2015; 40 – 12

7) Deutsche  Gesellschaft  für  Krankenhaushygiene  (2002)  Leitlinienentwurf:  Ausführung  und Betrieb von raumlufttechnischen Anlagen (RLT-Anlagen) in Krankenhäusern. Hyg Med 27. Jahrgang 2002 – Heft 3

8) Robertson, P. (2019, 20. August)  Can HEPA Filters Capture Nanoparticles? Clean Air Blog. https://smartairfilters.com/en/blog/can-hepa-filters-capture-nanoparticles/

9) Robertson, P. (2021, 01. Januar) Can HEPA Filters and Air Purifiers Capture the Coronavirus? Clean Air Blog. https://smartairfilters.com/en/blog/can-air-purifiers-remove-filter-out-coronavirus/

10) Perry, J. L., Agui, J. H., & Vijayakimar, R. (2016). Submicron and nanoparticulate matter removal by HEPA-rated media filters and packed beds of granular materials.. Online abgerufen von: https://ntrs.nasa.gov/api/citations/20170005166/downloads/20170005166.pdf (zuletzt abgerufen am 18.02.2021)

11) Kowalski, W. J., & Bahnfleth, W. P. (1998). Airborne respiratory diseases and mechanical systems for control of microbes. HPAC Heating, Piping, Air Conditioning, 70(7).

12) Johnmin. (2020, 02. August). How do UV Light Air Purifiers Work and Can They Kill Viruses? Clean Air Blog. https://smartairfilters.com/en/blog/uv-light-air-purifiers-effective-kill-disinfect-virus/

13) World Health Organization. (2016, 09. März). Radiation: Ultraviolet (UV) radiation. https://www.who.int/news-room/q-a-detail/radiation-ultraviolet-(uv)

14) United States Environmental Protection Agency. (2018). Residential Air Cleaners – A Technical Summary (EPA 402-F-09-002).. Online abgerufen von: https://www.epa.gov/sites/production/files/2018-07/documents/residential_air_cleaners_-_a_technical_summary_3rd_edition.pdf

15) Centers for Disease Control and Prevention (CDC). (2019). Guidelines for Environmental Infection Control in Health-Care Facilities. Online abgerufen von: https://www.cdc.gov/infectioncontrol/pdf/guidelines/environmental-guidelines-P.pdf

16) Medical Advisory Secretariat. (2005). Air cleaning technologies: an evidence-based analysis. Ontario health technology assessment series, 5(17), 1.

HSU

Letzte Änderung: 5. März 2021