Verfahren und Systeme zur Lüftung und Raumluftreinigung
Lüftungsanlagen, mobile Luftreiniger, Luftfilter, UV-C-Luftdesinfektion, Ozonisierung, Ionisierung: Für den Nichtfachmann ist das Angebot an Geräten unüberschaubar. Lesen Sie das „Was ist was“ der Verfahren und Systeme zur Raumluftreinigung.
A Lüftung und Lüftungsarten
Unter Lüftung versteht man den Austausch von Raumluft gegen Außenluft mit dem Ziel, die verbrauchte, mit Feuchte, Schadstoffen und Gerüchen belastete Luft gegen möglichst unbelastete Außenluft auszutauschen. Zusätzlich soll dadurch die Mindestluftwechselrate sichergestellt werden: Diese wird von verschiedenen Normen und Verordnungen vorgegeben und liegt gemäß DIN EN 12831 in der Regel bei einer Luft-wechselrate von n = 0,5. Die Luftwechselrate gibt an, wie oft pro Stunde die komplette Luft eines Raumes auszutauschen ist, um Raumlufthygiene und Feuchteschutz sicher-zustellen. Dadurch können Schäden am Gebäude wie Schimmelpilzbildung vermieden werden. Hat man einen Raum mit 10 m2 Grundfläche und 2,5 m Höhe, dann ergibt sich ein Raumvolumen von 25 m3. Bei einem Luftwechsel von n=0,5 müssen 25 m3 x 0,5 = 12,5 m3 pro Stunde ausgetauscht werden.
A 1 Fensterlüftung/freie Lüftung/natürliche Lüftung
Bei der freien Lüftung erfolgt die Lüftung auf natürliche Weise – ohne Ventilator. Einen ausreichenden Luftwechsel erreicht man nur unter dem Einfluss von Wind oder durch den Gewichtsunterschied bzw. die Dampfdruckdifferenz zwischen Innen- und Außen-luft. Die daraus resultierenden Kräfte erzeugen den Luftvolumenstrom zum Austausch der Luft. In den wärmeren Jahreszeiten sind Temperatur und Feuchte von Innen- und Außenluft oft annähernd gleich, so dass ein schneller und effektiver Luftwechsel nicht möglich ist.
Dabei ist es wichtig zu wissen, dass bei einer Querlüftung für einen einfachen Luft-austausch zwischen 2 und 4 Minuten benötigt werden. Bei einer Stoßlüftung hat man in ca. 6-10 Minuten das gesamte Raumvolumen einmal ausgetauscht. Das heißt, bei einem Raum mit einem Volumen von 40 Kubikmetern werden 40 Kubikmeter raus und genauso viel wieder reingelüftet. Da sich im Raum während der Lüftungszeit die Außenluft mit der Raumluft vermischt, werden nur etwa 60% der Luft erneuert, also 24 Kubikmeter. Das bedeutet, dass nur 60% der in der Raumluft befindlichen Viren durch das kurze Lüftenentfernt wurden. Um 100% der Viren oder Schadstoffe herauszulüften, bedarf es etwa eines 12-fachen Luftwechsels. Und: Das gilt nur, wenn sich während der Lüftungszeit niemand im Raum aufhält. Befinden sich weiterhin Personen im Raum, verlängert sich die Zeit, da die Personen, die sich im Raum aufhalten, auch während der Zeit des Lüftens Viren oder Schadstoffe in den Raum abgeben. Diese Virenlast muss zusätzlich rausgelüftet werden.
Vorteile
- Lüftung zu jeder Zeit möglich
- Es wird keine Energiezufuhr benötigt
- Funktioniert auch bei Stromausfall
- Es fallen keine Wartungskosten an
Nachteile
- Mit großem Wärmeverlust behaftet
- Nutzungsbeschränkung während der Lüftungsdauer
- Bei Regenwetter starker Eintrag von Feuchtigkeit
- In Stadtgebieten Eintrag von Schadstoffen
- Eintrag von Allergenen, Stäuben, Schimmelpilzen
- Lüftung nur bei Anwesenheit möglich (Einbruchgefahr)
- Bei hohen Außentemperaturen wird warme Luft in die Räume geleitet; das kann bei kühlen Innenwänden zu Kondensation und Schimmelpilzbildung führen
A 2 Fensterfalzlüftung
Vorteile
- Lüftung jederzeit möglich
- Es wird keine Energiezufuhr benötigt
- Funktioniert auch bei Stromausfall
- Lüfter sind kostengünstig und einfach zu montieren
- Reinigung ist problemlos möglich
- Beugen Schimmel vor
- Keine Wartungskosten
- Es ist eine Minimallösung
Nachteile
- Luftaustausch funktioniert nur bei höheren Temperaturunterschieden zwischen Innenraum- und Außenluft gut: Je größer die Temperaturdifferenz desto schneller erfolgt der Luftaustausch
- Kontraproduktiv zum Wärmeschutz: Wärmerückgewinnung ist nicht möglich
- Es kann zu „Zuglufterscheinungen“ kommen, da die Schlitze nie komplett schließen
- Da die Lüftungsöffnungen nicht komplett verschlossen werden können, lassen sich die Räume auch nicht gegen Pollen, Allergene, Stäube, Gerüche und Umgebungslärm abschotten.
- Der Luftwechsel reicht für bewohnte Gebäude nicht aus.
A3 Mechanische Lüftung
Vorteile
- Lüftung jederzeit, auch bei Abwesenheit möglich
- Die Lüftungsintensität kann an die aktuelle Nutzungssituation durch das Einstellen verschiedenen Lüftungsstufen (Schwach-, Teil- oder Volllast) angepasst werden
- Ein mechanisches Lüftungssystem stellt die Mindestluftrate sicher (siehe A. Lüftung).
- Wärmerückgewinnung möglich
Nachteile
- Die Lüfter verbrauchen Energie
- Es sind periodische Wartungen notwendig
- Verschmutzte Filter können Hygieneprobleme verursachen
- Lüftung bei Stromausfall nicht möglich
A 3.1 Zentrale Lüftungsanlagen
Vorteile
- Als Einzelraumlösung, zur Versorgung einzelner Gebäudetrakte oder kompletter Gebäude möglich
- Individuelle Anforderungen wie Abfuhr von Wärme-, Kühl- oder Feuchtelasten lassen sich integrieren und für jeden einzelnen Raum einstellen
- Sind mit regenerativen Energiequellen zu kombinieren
- Schnelle Verfügbarkeit von Kälte und Wärme
- Präsenz- und bedarfsgerechte Einzelraumregelung
Nachteile
- Die Ventilatoren mechanischer Lüftungsanlagen haben je nach Anlagenart und -Konzeption unterschiedliche Stromverbräuche, die in die Wirtschaftlichkeitsberechnung der Anlagen eingehen.
- Da in der Regel Fenster obligatorisch sind, fallen für die Lüftungsanlagen zusätzliche Investitionskosten an
- Bei zentralen Lüftungsanlagen ist das Lüftungsgerät/Klimagerät mit den Ventilatoren und Filtern an einem zentralen Ort installiert. Von hier aus versorgen Lüftungskanäle die einzelnen Räume mit Zu- und Abluft. Die Installation der Lüftungskanäle erfolgt in der Regel unterhalb der Decke. Daher wird oftmals eine größere Raumhöhe notwendig.
- Die Lüftungsanlagen mitsamt des Luftkanalnetzes bedürfen fachgerechter Wartungen, um eine hygienisch einwandfreie Luftversorgung zu garantieren. Die gemäß VDI 6022 notwendigen Hygieneinspektionen und die Instandhaltung der Anlagen sind teilweise sehr kostenintensiv
A 3.2 Dezentrale Lüftungsanlagen
Vorteile
- Da kein Luftkanalsystem benötigt wird, sind geringe Raumhöhen möglich
- sind relativ leicht nachrüstbar
- sind bedarfsgerecht durch Änderung der Ventilatordrehzahl einzusetzen
- können Schadstoffe rauslüften
- relativ geringe Betriebsgeräusche
Nachteile
- schlechte Filterung
- keine Abschottung gegen schlechte Gerüche von außen; diese werden in den Innenraum gelüftet
- keine Abschottung gegenüber Außengeräuschen; diese könnten innen störend wirken
- Filter sind regelmäßig zu ersetzten
A 3.3 Mobile Luftluftreinigungsgeräte
Beim Kauf mobiler Luftreiniger sollte man einige Kriterien berücksichtigen:
- Die Filter müssen in der Lage sein, neben den größeren Partikeln wie Pollen, Tierhaaren, Hausstaub, Schimmelpilzen und Bakterien auch die ultrafeinen Aerosole, Covid-19 und Grippeviren sowie Ultrafeinstäube herauszufiltern.
- Der Luftreiniger muss einen Luftdurchsatz haben, der eine Luft-wechselrate (siehe A. Lüftung) von mindestens n = 6 garantiert: Erst bei einem 6-fachen Luftwechsel haben ca. 95% der gesamten Raumluft die Filter passiert.
- Das Betriebsgeräusch sollte möglichst gering sein, damit es nicht störend wirkt.
- Das Gerät sollte für den Dauerbetrieb konzipiert sein.
Berücksichtigt man diese Punkte, dann ist mach schon auf der sichereren Seite.
Vorteile
- Dort zu platzieren, wo er gerade benötigt wird
- Für verschiedene Raumgrößen erhältlich
- Für unterschiedliche Raumluftqualitäten erhältlich
- Luftreinigung direkt am Aufstellungsort
- Keine Chemikalien notwendig
Nachteile
- Falsch im Raum platziert kann es zu einer unerwünschten Verteilung der virenbelasteten Raumluft kommen.
- Die Filter müssen regelmäßig gewechselt werden
- Permanente Geräuschbelastung im Raum
- Die Luftreinigung erfolgt durch Verdünnung: eine Restkontamination mit Viren und Schadstoffen ist unvermeidlich, wenn während des Betriebs Menschen im Raum verbleiben.
- Es können aktive Viren im Gerät/Filter verbleiben und in die Raumluft zurückgelangen
B Luftreinigungsverfahren
B 1 Filtern
Luftfilter werden zur Reinigung der Zuluft und/oder der Umluft in Lüftungsanlagen oder Raumluftreinigern eingesetzt. Je nach Anforderung an die Raumluftqualität werden unterschiedliche Filter kombiniert. Üblicherweise kommen Faserfilter als Grobstaub-, Feinstaub- und Schwebstofffilter zum Einsatz wie auch adsorptive Filter wie Aktivkohlefilter. Schwebstofffilter dienen der Abscheidung von Schwebstoffen wie Stäuben, Aerosolen, Viren, Pollen und Bakterien. Sie werden je nach Klassifikations-gruppierung als HEPA (High Efficiency Particular Airfilter), EPA (Efficient Particular Airfilter) oder ULPA (Ultra Low Penetrating Air Filter) bezeichnet.
Die zu reinigende Raumluft durchströmt die Filter nacheinander und soll nach Durch-strömen des Endfilters die zugesicherte Luftqualität erreicht haben. Bei H14-Filtern sollen auch Viren zu 99,995 % im Filter verbleiben. Diese sind dann jedoch immer noch aktiv und können aus dem Filter in die Raumluft gelangen. Um dieses zu verhindern bieten einige Hersteller Geräte an, bei denen die Filter in festgelegten Intervallen auf eine Temperatur erhitzt werden, die die Viren inaktiviert.
Beim Filtern der Luft erfolgt die Luftreinigung nach dem Verdünnungsprinzip: Bei jedem Durchströmen der Filter werden der Raumluft mehr Aerosole, Partikel und Viren entzogen. Die gereinigte Luft, die den Filter passiert hat wird der Raumluft wieder zugeführt: Die kontaminierte Raumluft und die gereinigte Luft vermischen sich, die Kontamination der Raumluft mit Viren und Schadstoff wird durch „Verdünnen“ reduziert.
Innere Lasten wie Ausdünstungen aus Tapeten, Farben und Einrichtungsgegenständen wie VOC, Viren aus den Ausatemgasen der im Raum befindlichen Personen, Feinstäube und Mikroplastik aus Abrieb von Schuhen, Pollen, Schadstoffe und Allergene aus der Kleidung der und Einrichtungsgegenständen und auch Aerosole und Feinstäube aus inneren Quellen können die Raumluft während des Betriebs des Luftreinigers jedoch so stark belasten, dass der gewünschte Erfolgt ausbleibt. Daher ist die Auslegung der Filteranlagen entscheiden für den Erfolg.
Da die Reduzierung der Schadstoff- und Virenkonzentration durch Verdünnung der Raumluft erfolgt, ist eine Restkontamination unvermeidlich.
Vorteile
- Raumluftreiniger mit Filtern reduzieren die Raumluft von Schadstoffen
- Stäube werden je nach Filterklasse gut abgeschieden
- Können die Lebensqualität von Allergikern erhöhen
Nachteile
- Die Filter müssen regelmäßig ausgetauscht werden
- Die Standzeit der Filter ist abhängig vom Luftverschmutzungsgrad; bei hoher Partikelbelastung der Raumluft sind die Filter schnell „voll“ und die Wirksamkeit nimmt rapide ab.
- Chemische Gase und Gerüche werden nur von bestimmten Filtern abgeschieden
B 2 UV-C Strahlung
UV-Strahlung gehört nur indirekt zu den Luftreinigungsverfahren: Die Strahlung ist lediglich in der Lage, mikrobiellen Befall wie Bakterien und Viren abzutöten bzw. zu inaktivieren. Dieser muss dann durch Luftreinigungsverfahren aus der Luft entfernt werden.
Nur etwa 5% der Sonnenstrahlen, die auf die Erde treffen, sind UV-Strahlen. Dafür sind sie aber besonders energiereich. Das UV-Licht wird eingeteilt in UV-A, UV-B und UV-C Licht. Die drei Arten unterscheiden sich im Wesentlichen durch die Wellenlängen und die von Ihnen ausgehenden Gefahren für Mensch, Tier und Umwelt.
UV-C 100 – 280 nm
UV-C wird im Gegensatz zu UV-A und UV-B in der Atmosphäre vollständig absorbiert und erreicht unter natürlichen Bedingungen nicht die Erdoberfläche. Diese Strahlung ist sehr energiereich und hat eine keimtötende Wirkung.
UV-B 280 – 315 nm
UV-B wird zum größten Teil von der Ozonschicht in der Atmosphäre herausgefiltert. Etwa 10% kommt auf der Erdoberfläche an. UV-B-Strahlung ist der Hauptverursacher für Sonnenbrand.
UV-A 315 – 400 nm
Etwa 95 Prozent der ultravioletten Strahlen, die auf die Erdoberfläche gelangen, sind UV-A-Strahlen. Sie durchdringen die Atmosphäre und erreichen fast ungefiltert die Erdoberfläche. Sie gehen auch durch Wolken und Fensterscheiben. UV-A-Strahlung kann tief in die Haut eindringen und ist zu einem großen Teil verantwortlich für die Hautalterung.
Vorteile
- Zuverlässige und umweltfreundliche Methode bei ausreichend hoher Strahlungsintensität
- Keine Zugabe von Chemikalien notwendig
- Mikroorganismen können gegen UV-Licht keine Resistenz entwickeln
- UV-C-Strahlung wird von der DNA absorbiert; die DNA-Stränge von Viren werden durch die Photonen (Lichtquanten) zerstört und dadurch eine weitere Vermehrung unmöglich gemacht.
- Es werden dabei keine gesundheitsgefährdenden Nebenprodukte erzeugt
Nachteile
- Augen- und Hautschädigungen
- Es können nur Oberflächen desinfiziert werden, die direkt bestrahlt werden. Eventuelle Schatten, wie z.B. die Rückseiten von Schubladengriffen, werde durch UV-Licht nicht erreicht
B 2.1 UV-C-Lampen
Das UV-C-Licht wird seit vielen Jahren zur Desinfektion und Sterilisation von Wasser, Luft und Oberflächen eingesetzt. UV-C-Lampen sind UV-C-Desinfektionsgeräte, die grundsätzlich zur Desinfektion von Raumluft und Oberflächen nur so angewendet werden dürfen, dass keine Menschen der Strahlung ausgesetzt werden, d.h. wenn sich niemand im Raum aufhält. Das gilt auch für Geräte, die kurzwelliges UV-C-Licht, auch „Fern-UVC“ genannt, abgeben.
Derzeit wird diskutiert, ob UV-C-Desinfektionsgeräte, die mit kurzwelliger UV-C-Strahlung mit einer Wellenlänge um 222 nm (Nanometer) arbeiten, weniger Risiken aufweisen als die schon lange auf dem Markt befindlichen Geräte mit Wellenlängen um 254 nm. Fern-UVC-Strahlung mit einer Wellenlänge um 222 Nanometer soll weniger tief in Auge und Haut eindringen. Daher sollen diese Geräte auch für Anwendungen in Anwesenheit von Personen zu nutzen sein. Erfahrungen und Bewertungen über mögliche gesundheitliche Risiken stehen hierfür jedoch noch aus.
„Die vorliegenden Forschungsergebnisse lassen derzeit noch keine einschätzbare belastbare Einschätzung zu, inwiefern kurzwelligere UV-C-Strahlung ein geringeres Risiko darstellt. Auch ist unklar, ob die auf dem Markt befindlichen Geräte tatsächlich auch ausschließlich derart kurzwelligere UV-C-Strahlung um 222 nm nutzen,“ so die Präsidentin des Bundesamtes für Strahlenschutz Dr. Inge Paulini.
B 3 Ionisation = NTP-Luftreinigungsgeräte (NTP = nichtthermisches Plasma)
Einige Hersteller von Luftreinigungsgeräten versprechen, durch Ionisierung die in der Innenraumluft vorhandenen, gesundheitsschädigenden Schadstoffe zu gesundheitlich unbedenklichen Stoffen abzubauen. Hierzu wird durch eine elektrische Entladung zwischen zwei Elektroden ein nichtthermisches Plasma (NTP) erzeugt, das aus energiereichen Teilchen besteht. Das kann man sich vorstellen als ein mehr oder weniger stark ionisiertes Gas, das neben den elektrisch neutralen Gasteilchen auch viele geladene Partikel wie positiv und negativ geladene Ionen enthält. Es wird als „kaltes Plasma“ bezeichnet, da die mittlere Temperatur des Plasmas in etwa bei 27 °C Umgebungstemperatur liegt.
Durch die Energie der Elektronen wird der im Luftstrom enthaltene Luftsauerstoff aktiviert. Dabei werden reaktive Sauerstoffspezies (ROS) gebildet, die in der Lage sein sollen, die in der zwischen den Elektroden durchströmenden Luft vorhandenen Schad-stoffe durch Oxidation zu eliminieren. In der Regel werden hierbei die Kohlenwasserstoffe jedoch nicht vollständig oxidiert und es werden toxische Nebenprodukte erzeugt. Eine Prüfung der physikochemischen Prozesse kommt zu dem Ergebnis, dass die angestrebte Desinfektion schwach kontaminierter Innenraumluft mithilfe der NTP-Technik nicht erreichbar ist. Die prozessbedingte Entstehung von Ozon und dessen Freisetzung bei diesem Verfahren ist durch unabhängige orientierende Messungen bestätigt worden.
Wegen der möglichen Ozonbildung sehen manche Experten die Verwendung von Luftreinigern auf der Basis von nichtthermischem Plasma als kritisch an. Zusätzlich konnten in der behandelten Luft neu gebildete Luftschadstoffe, die eine höhere Reizwirkung aufweisen als ihre Ausgangssubstanzen, nachgewiesen werden
Vorteile
- keine
Nachteile
- Die Bildung von Ozon ist wahrscheinlich
- Es können toxische Nebenprodukte entstehen
- es sind nur in unmittelbarer Nähe des Luftaustritt des Gerätes hohe Ionenkonzentrationen zu messen, eine ausreichende Raumdurchspülung ist oftmals nicht messbar.
Von der Verwendung von Luftreinigern mit der NTP-Technik ist aus gesundheit-lichen Gründen abzuraten.
B4 Elektrisch leitfähige Luft
Durch Ionisierung elektrisch leitfähige gemachte Luft ist der Natur abgeschaut: es ist Innenraumluft mit einer naturnahen Luftionenkonzentration. Sie bewirkt, dass Partikel aller Größenordnungen schon in der Raumluft schnell und effektiv abgeschieden werden. Mit Leitfähiger Luft erfolgt die Luftreinigung durch Abscheidung statt durch Verdünnung (siehe B1 – Filtern): Partikel aller Größenordnungen bilden Cluster, die immer schwerer werden. Durch die Gewichtszunahme sedimentieren diese und sind dann in der Raumluft nicht mehr einzuatmen.
In einem entscheidenden Punkt unterscheidet sich die durch Ionisierung elektrisch leitfähig gemachte Luft von allen anderen Systemen der Luftionisation:
- bei der Herstellung der Luftionen werden weder Ozon, Stickoxide noch Elektrosmog generiert.
Ozon und Stickoxide sind Luftschadstoffe, die neben diversen anderen Beschwerden zu schweren Atemwegsproblemen führen können. Sie kommen in der Außenluft besonders in den sonnigen Monaten in hohen Konzentrationen vor – und somit auch in der Innenraumluft. Um ein gesundes Raumluftklima zu gewährleisten ist es notwendig, dieses nicht noch durch Schadstoffe aus der Anlagentechnik zusätzlich zu belasten.
Vorteile
Die naturnahe Ionenkonzentration der ionisierten, elektrisch leitfähigen Luft bringt alle Vorteile reinster Außenluft in den Innenraum:
- Sie bewirkt eine optimale Raumlufthygiene
- Sie scheidet Feinstaubpartikel schon in der Raumluft ab und reduziert das
Infektionsrisiko
- Sie reduziert die Anzahl der luftgetragenen Allergene. Auch in der Zeit des Pollenflugs, die sich durch den Klimawandel deutlich verlängert, fühlen sich Allergiker in Innenräumen wohl
- Sie reduziert Gerüche
- Sie vermindert Staubanlagerungen an Oberflächen
- Sie reduziert Elektrostatik
- Die Luftreinigung erfolgt nachweislich schneller und effektiver als bei herkömm-lichen Verfahren
- Sie generiert Luftionen – verfahrensbedingt und nachweislich ohne schädliche Nebenprodukte wie Ozon, Stickoxide oder Elektrosmog
- Sie ist konzipiert für Räume, in denen sich viele Menschen zugleich wohlfühlen, aber nicht gegenseitig anstecken wollen
- Sie ist Garant für höchste Luftreinheit und -qualität
- Sie verbessert die Arbeitsbedingungen signifikant
- Unter Einfluss von elektrisch leitfähiger Luft werden Bakterien in der Luft und an Oberflächen innerhalb von 1 bis 2 Stunden mindestens um 90% reduziert.
Darüber hinaus wurde bemerkt, dass ionisierte, elektrisch leitfähige Luft den Sauerstoffgehalt im Blut signifikant erhöhen kann. Die erhöhte Sauerstoffsättigung des Blutes harmonisiert das vegetative Nervensystem. Dabei wurden folgende gesundheitliche Vorteile bemerkt:
- der Sauerstoffpartialdruck im Blut erhöhte sich
- die Pulsfrequenz sank
- der Blutdruck bei Hypertonikern sank
- die Reaktionszeit für optische Reize verkürzte sich
- die Leistungsfähigkeit erhöhte sich spürbar
Fazit daraus: Ionisierte, elektrisch leitfähige Luft ist der wichtigste Baustein eines funktionierenden Betrieblichen Gesundheitsmanagements: sie sorgt für mehr Leistungsfähigkeit, Ausgeglichenheit und Wohlbefinden.
Lesen Sie auch, wie unsere Luft eigentlich sein sollte und was genau man unter naturnahe Ionenkonzentration der Luft versteht