Bei ungünstigen Wetterlagen können geöffnete Fenster die teils sehr hohen Konzentrationen potenziell infektiöser Aerosolpartikel nicht in ausreichendem Maße reduzieren. Im Gegensatz dazu sind dezentrale Lüftungsgeräte mit Frischluftzufuhr in der Lage, kontinuierlich für ein gesundes Raumklima zu sorgen.
Außenbedingungen beeinflussen Effizienz der Fensterlüftung
Mit einem Simulationsmodell wurde das Ausbreitungsverhalten von submikronen Aerosolen untersucht, d. h. die Verbreitung von Tröpfchen beim Niesen wurde nicht betrachtet. Simuliert wurde ein typisches Klassenzimmer, in dem sich neben einer Lehrkraft 18 Schüler aufhalten, von denen eine Person das Coronavirus in sich trägt. Dabei wurden verschiedene Szenarien betrachtet. Das Hauptaugenmerk lag darauf, welchen Einfluss Windgeschwindigkeit, Anströmrichtung sowie Unterschiede bei der Innen- und Außentemperatur auf die Effizienz der Fensterlüftung haben. Die Ergebnisse zeigen, dass diese Parameter den Luftaustausch und damit die Partikelkonzentration deutlich beeinflussen.
Bereits in der Übergangszeit kann der Luftaustausch über die Fenster deutlich eingeschränkt sein. Während beispielsweise die Aerosolkonzentration nach 5 min Fensterlüftung bei einem frontal anströmenden Wind von 6 km/h auf die weit geöffneten Fenster um rund 90 Prozent deutlich abnimmt, reduziert sich diese nach 5 min Fensterlüftung bei einem seitlich vorbeiziehenden Wind von nur 2 km/h nur noch um 45 Prozent. Zusätzlich beeinflusst die Differenz zwischen Außen- und Raumtemperatur die Lüftungseffizienz. In der Simulation wurde eine Raumtemperatur von 22 °C und bei schwachem Wind eine Außentemperatur von 18 °C bzw. bei starkem Wind von 12 °C angenommen.
Während einer Unterrichtstunde steigt die Konzentration von infektiösen Aerosolpartikeln in der Raumluft konstant an. Die Frischluftzufuhr über die Fenster lässt die Konzentration rapide sinken. Die Simulation zeigt jedoch deutlich, dass Fensterlüftung nicht gleich Fensterlüftung ist. Äußere Einflüsse können die Effizienz maßgeblich verändern. Ein kontinuierlicher Frischluftzustrom über ein Lüftungsgerät ist deutlich zuverlässiger in der Lage, konstant geringe Partikelkonzentrationen zu gewährleisten.
Bild: Wolf
Geringe Ansteckungsgefahr
Zum Vergleich mit der Fensterlüftung wurde die Entwicklung der Aerosolkonzentration im selben Klassenraum, ausgestattet mit einem Großraum-Lüftungsgerät CGL edu von Wolf untersucht. Das Gerät tauscht in diesem Szenario pro Stunde bis zu 800 m³ verbrauchte Raumluft gegen frische Außenluft aus. Die Simulation zeigt, dass die Partikelkonzentration im Klassenraum mit dem Lüftungsgerät innerhalb von 45 min auf maximal 250 Partikel pro Kubikmeter ansteigt. Ohne Lüftungsgerät liegt die Partikelkonzentration bei geschlossenen Fenstern bereits nach 20 min bei über 300 und nach 45 min sogar bei circa 700.
Diese Erkenntnis bestätigt auch eine andere Studie von Wolf, die mit Unterstützung der TU Berlin durchgeführt wurde. In dieser Untersuchung wurde bereits nachgewiesen, dass sich während einer Unterrichtsstunde trotz Lüftung über die Fenster potenziell infektiöse Aerosolpartikel in teils sehr hohen Konzentrationen im Klassenraum anreichern. [1]
Die aktuelle Steinbeis-Studie zeigt deutlich, dass sich mit einem Lüftungsgerät nur sehr wenige Bereiche mit lokal hoher Partikelkonzentration innerhalb des Raumes bilden. Damit sinkt die Ansteckungsgefahr, die durch eine infizierte Person ausgeht, auch für die Personen im direkten Umfeld. Im direkten Vergleich zur Fensterlüftung können Lüftungsgeräte eine deutlich zuverlässigere und gleichmäßigere Senkung der Partikelkonzentration erzielen. Die von geöffneten Fenstern unabhängige Frischluftzufuhr vermeidet darüber hinaus effizient hohe CO2-Konzentrationen im Raum und reduziert weitere Schad- und Geruchsstoffe sowie Staubpartikel. Zudem wird unerwünschte Luftfeuchtigkeit abgeführt.
Bild: Wolf
Welchen Einfluss hat die Positionierung im Raum?
Die Simulation untersuchte ebenfalls den Einfluss unterschiedlicher Positionierungen des Lüftungsgeräts auf die Durchmischung der Raumluft sowie auf die Senkung der Aerosolkonzentration. Um die Frage nach dem optimalen Standort beantworten zu können, wurden drei Positionen im Raum simuliert und verglichen. Im Ergebnis zeigte sich, dass die Unterschiede zwischen einer Installation an verschiedenen Wänden und selbst in einer Eckposition nur sehr gering waren. In allen drei Fällen verhinderte das Lüftungsgerät gleichmäßig und zuverlässig einen Anstieg der potenziell gefährlichen Partikel über den Wert von 250 pro m³.
Durch die kontinuierliche Zufuhr an frischer Außenluft und den besonderen Geräteaufbau kommt es standortunabhängig zu einer effizienten Durchströmung des gesamten Raumes, was zu einem deutlich reduzierten Ansteckungsrisiko führt.
Betrachtet wurden zudem die durch das Lüftungsgerät entstehenden Windgeschwindigkeiten innerhalb des Klassenraums. Diese wurden auf einer angenommenen Kopfhöhe der sitzenden Schüler von 1 m untersucht und erreichten positionsunabhängig maximal 0,6 m/s. Die Höhe des Lüftungsgerätes von mehr als 2 m sowie der oben positionierte Luftauslass verhindern damit, dass ein unangenehmer Luftzug entsteht.
Die Auswertung der Simulation zeigt, dass eine effiziente und komfortable Lüftung mit Wolf-Lüftungsgerät unabhängig von der Positionierung im Klassenraum erfolgen kann. Auf diese Weise können unterschiedliche bauliche Gegebenheiten berücksichtigt werden. Zudem sind in Absprache mit dem Denkmalschutz anstelle von Wanddurchführungen ebenso flexible Lösungen über die Oberlichter möglich.
Effizient und nachhaltig
Der Einsatz von Lüftungsgeräten stellt auch mit Blick auf die Klimaschutzziele für 2030 eine richtungsweisende Technik dar. Mit der Wärmerückgewinnung über Hochleistungs-Gegenstrom-Wärmeübertrager bei einem Wirkungsgrad von bis zu 90 Prozent entsteht sowohl ein ökologischer als auch ein wirtschaftlicher Mehrwert gegenüber der Fensterlüftung. Schließlich wird unterbunden, dass die investierte Wärmeenergie ungenutzt an die Umwelt abgegeben wird.
Fazit
In vielen Schulen und Kitas besteht weiterhin starker Verbesserungsbedarf. Die Simulation des Steinbeis-Forschungszentrums zeigt, dass die alleinige Konzentration auf die Fensterlüftung weder einen optimalen Schutz bietet noch eine nachhaltige Lösung darstellt. Eine Möglichkeit zur schnellen Nachrüstung schafft das Comfort-Großraum-Lüftungsgerät von Wolf, das speziell für Räume in Bildungseinrichtungen konstruiert wurde. Das dezentrale Lüftungsgerät CGL edu wird mit 100 Prozent frischer Außenluft betrieben und ist eine langfristige und nachhaltige Lösung für ein gesundes Raumklima. Darüber hinaus erfüllt das Kompaktgerät alle Kriterien der Bundesförderung für einen Zuschuss von bis zu 40 Prozent ■
[1] www.wolf.eu/de-de/ueber-uns/mediacenter/pressemitteilungen/2020-2021/co…
Wolf / Lorenz
