Luftreiniger gegen Viren und Bakterien
Aufgabenstellung
Luftreiniger gegen Viren und Bakterien wurden einem Praxistes in Klassenräumen unterzogen. Quantifiziert wurde die allgemeine Innenraumluftentkeimung durch Luftreiniger gegen Viren und Bakterien der Schulz & Berger Luft- und Verfahrenstechnik GmbH https://www.schulz-berger.com/virusfrei-1200. Im Wesentlichen mit Ubiquitärem von außen mikrobiell grundbelastete Klassenräume wurden einer Luftreinigung unterzogen. Ab einem bestimmten Zeitpunkt waren die Klassenräume personenfrequentiert und dadurch vermehrt mit Bakterien vom menschlichen Körper belastet. Die Kinetik der Raumluftentkeimung und Raumluftentstaubung ab Inbetriebnahme der Luftreiniger gegen Viren wurde aufgezeichnet bzw. nachverfolgt. Dies geschah anhand kontinuierlicher Staupartikelmessungen und wiederholter Kurzzeit-Impaktions-Luftkeimmessungen. Die wichtigsten Ergebnisse der Messungen im Gymnasium Altenburg sind wie folgt:
Messverfahren zum Test der Luftreiniger gegen Viren
Die Konzentrationen an Mikroorganismen in der Luft wurden mit dem Impaktions-Luftkeimsammelgerät MBASS30 (Fa. Holbach) gemessen. Parallel zu den Impaktormessungen wurden unter dem Zuluftelement über dem Lehrerpult und seitlich in etwa in halber Höhe des Klassenraumes mittig zwischen den beiden Luftreinigern die 1-Minuten-Intervall-Verläufe der Bakterien-, Schimmelpilz- und Hefepilzbelastungen der Innenraumluft aufgenommen. Hierzu wurde das Messverfahren der „Korrelierten Partikelzählung (KPZ) nach Missel“ benutzt https://www.schimmelpilz-messungen.de/korrelierte-partikelzaehlung/
Die KPZ basiert auf dem statistischen Verhältnis zwischen den gleichzeitig mit dem Impaktor gemessenen Konzentrationen luftgetragener Mikroorganismen einerseits und von zeit- und ortsparallel gemessenen Staubpartikeln keimrelevanter Größenfraktionen andererseits. Das statistische Verhältnis wird durch lineare Regression bestimmt. Die Datenanalyse zeigt, ob eine vergleichbare Partikelverteilung im Partikelkollektiv bei aufeinander folgenden Messungen gegeben ist. Dann werden anhand der Steigungsgleichung der Regressionsgerade als Umrechnungsfaktor die Bakterien-, Schimmelpilz- und Hefepilz-Konzentrationen aus den 1-minütig gemessenen Partikelkonzentrationen errechnet. Die erhaltenen Messwerte werden in kontinuierlichen Verläufen über die Zeit grafisch dargestellt.
 Luftreiniger gegen Viren |
| Abb. 1: Korrelierte Partikelzählung nach Missel in den geprüften Innenräumne |
Wie der Luftreiniger gegen Viren genau funktioniert ist unter https://www.schulz-berger.com/ zu lesen.
Ergebnisse des Tests der Luftreiniger gegen Viren
1. Eingabewert beim Test der Luftreiniger gegen Viren
Die Leistungskenndaten der Luftreiniger gegen Viren und Bakterien in Sachen Reduktion der Luftkeimzahlen wurden beurteilt. Hinsichtlich des Eingabewerts und des Beurteilungsparameters zunächst zu unterscheiden zwischen Mikroorganismen-Emissionen und Mikroorganismen-Immissionen in den Klassenräumen. Mikroorganismen -Emissionen in Klassenräumen sind im Vordergrund Bakterienfreisetzungen vom menschlichen Körper. Hierbei handelt es sich vor allem um Kommensalen, also Bakterien der Hautflora (z.B. diverse Kokken-Typen). Mikroorganismen-Immissionen sind Einträge von außen. Zu diesen kommt es bei jedem Lüften der Klassenräume. Diese Immissionen fielen zur Zeit der Prüfungen verglichen mit den Emissionen erheblich aus. Bei den Immissionen handelt es sich weit überwiegend um Pilze und pigmentierte Hefen.
 Luftreiniger gegen Viren |
| Abb. 2: Klassenraum-Test Luftreiniger gegen Viren. Verlaufskurve der Bakterienkonzentrationen im Klassenraum am ersten Versuchstag. Die Halbwertszeit der Bakterien in der Raumluft nach Inbetriebnahme der Luftreiniger (6.000 KBE/m3 → 3.000 KBE/m3) beträgt etwa 5 Minuten. |
2. Erwartungswert bei der Bakterienreduktion durch Luftreiniger
Bei der Festlegung von „Erwartungswerten“ an die Leistungskenndaten der Luftreiniger gegen Viren in Sachen Reduktion der Luftkeimzahlen ist folgendes zu berücksichtigen: Bakterienpartikel, die von Menschen in die Luft eines geschlossenen Raumes abgegeben werden, müssen sich erst im Raum verteilen. Und damit gewissermaßen zunächst an der zentral im Raum aufgestellten Probenahmestelle mit den Luftansaugvorrichtungen vorbei, bevor sie der deckennahe Luftreiniger gegen Viren erfasst. Und dann in den HEPA-Filtern quantitativ abgescheidet. Bei dem mikrobiologischer Parameter Gesamtbakterien in Aufenthaltsräumen waren „Nullbelastungen“ durch Luftreinigungsgeräte deshalb generell unmöglich. Dies begründen allein die ständig stattfindenden Bakterienemissionen durch den Menschen.
Demgegenüber unterliegen die Belastungen der maßgeblich von außen in die Klassenräume eingetragenen Pilze und Hefen nach dem Schließen der Fenster erwartungsgemäß einer grundlegend anderen Abklingkinetik im zeitlichen Verlauf einer Unterrichtsstunde.
Bei den Versuchsbedingungen dieser Raumluftprüfungen können in Sachen (unvermeidbares) bakterielles Hintergrundrauschen 2 x 102 bis 3 x 102 KBE Bakterien/m3 angegeben werden. Wobei dies nur die Emission durch sitzende und wenig bewegungsaktive Menschen sind. Eine weitere, dauerhaft beständige Reduktion der bakteriellen Luftbelastungen durch Luftreiniger gegen Viren dürfte bei einer RPL von etwa 0,10 bis 0,20 nicht möglich sein. Und dies selbst bei Steigerung der Luftwechselraten von 19/h auf 26/h. Übrigens ist die RPL die Raum-Personen-Last in Personen pro Kubikmeter.
3. Erwartete Kinetik Luftreiniger gegen Viren
Infizierte Personen geben infektiöse Viruspartikel laufend in die Umgebung ab. Ebenso Bakterien. Diese werden von allen Menschen, Infizierten und nicht-Infizierten, ständig und unvermeidbar in die Luft abgegeben. Bei dem Versuchsansatz der vorliegenden Expertise wird der Bakterienpool in der Innenraumluft ständig nachgefüllt. Genau so wie man das berechtigt bei der Freisetzung von Viruspartikeln bei Anwesenheit infizierter Personen erwartet. Dieser Ansatz der Nachweisführung bei der Reinigungseffizienzbeurteilung wird als wesentlich realitätsnaher erachtet als andere Prüfungen von Luftreinigern gegen Viren. Bei denen hat man zur Simulation einer Viruspartikelfreisetzung einmalig zu Versuchsbeginn feinpartikuläre künstliche Aerosole vernebelt und den Verlauf der Abklingphase nach dem Emissionsereignis aufgezeichnet.
Bei Versuchsansätzen wie dem Vorliegenden war deshalb von vorneherein mit geringeren Reinigungseffizienzquoten von Luftreinigern zu rechnen als bei vorgenannten Versuchen mit einmalig eingebrachten Aerosolwolken bestimmter Qualität.
4. Luftreiniger gegen Viren und Bakterien im Praxistest (Schule)
So lässt sich auch erklären, weshalb die am 1. Versuchstag in den Klassenräumen gemessenen Reduktionsraten bei den Bakterien am 2. Tag trotz höherer Luftwechselraten (26-fach/h ↔ 19-fach/h) nicht erreicht wurden. Die Spitzen in der Bakterienfreisetzung fielen am 2. Prüftag schlicht deutlich geringer aus als am 1. Tag, während das unvermeidbare bakterielle „Hintergrundrauschen“ (siehe 2.) an beiden Tagen anscheinend vergleichbar ausfiel.
 Luftreiniger gegen Viren |
| Abb. 3: Klassenraum-Test Luftreiniger gegen Viren. Verlaufskurve der Bakterienkonzentrationen im Klassenraum am zweiten Versuchstag. Die anthropogenen Bakterienbelastungsspitzen in der Raumluft fallen wesentlich geringer aus als am 1. Versuchstag. Die Reduktionsleistung der Luftreinigungsanlage ist aufgrund des gegenüber dem 1. Messtag aber unverminderten Hintergrundrauschens (2 x 102 bis 3 x 102 KBE Bakterien/m3) entsprechend geringer. |
5. Luftreiniger gegen Gesamtkeime im Praxistest (Schule)
Erwartungsgemäß wurden die „Gesamtkeime“, die zwar durch Bakterien vom Menschen beeinflusst, aber deutlich überwiegend von Pilzen und pigmentierten Hefen von außen gestellt wurden, durch die Luftreinigungsgeräte auf Werte deutlich unter 2 x 102 bis 3 x 102 KBE/m3 reduziert. Bei den Randbedingungen der vorliegenden Expertise wird das unvermeidbare Hintergrundrauschen beim Parameter Gesamtkeime auf 101 bis 102 KBE/m3 beziffert. Die Luftreiniger reduzieren die Gesamtkeimbelastung der Klassenraumluft a usgehend von 103 KBE/m3 reproduzierbar innerhalb von 15 Minuten auf 101 bis 102 KBE/m3. Dies entspricht einer Verminderungsrate von zwei Zehnerpotenzen bzw. einer Reduktion auf 1% der Ausgangswerte. Die Halbwertszeit der Gesamtkeime in der Luft (hier die Zeit für die Abnahme der vor Inbetriebnahme der Luftreinhaltungsmaßnahme gemessenen Ausgangskonzentration auf 50%) ausgehend von 103 KBE/m3 betrug nach Inbetriebnahme der beiden Luftreiniger und einer Luftwechselrate von 26-fach/h lediglich 3 Minuten.
6. Luftreiniger gegen Ubiquitäres im Praxistest (Schule)
Beim frühmorgendlichen Lüften vor Unterrichtsbeginn am 30.09. konnten hohe Immissionen an pigmentierten Hefen von außen in den Klassenraum gemessen werden. Hefen, die in ihrer Gesamtheit Immissionen von außen beim Lüften zugeordnet werden können und für die es keine Quellen im Klassenzimmer gab, wurden durch die Luftreinigungsgeräte innerhalb von 10 Minuten auf Werte unter 0,25% und quasi auf „Nullbelastung“ reduziert. Die Halbwertszeit der pigmentierten Hefen in der Luft betrug nach Inbetriebnahme der beiden Luftreiniger und einer Luftwechselrate von 26-fach/h ebenfalls nur 3 Minuten.
 Luftreiniger gegen Viren |
| Abb. 4: Klassenraum-Test Luftreiniger gegen Viren. Verlaufskurve der Konzentrationen pigmentierter Hefen im Klassenraum am zweiten Versuchstag. Die Reduktionsleistung der Luftreinigungsanlage ist aufgrund des gegenüber den Bakterien deutlich geringeren Hintergrundrauschens entsprechend größer. |
Anhand der Ergebnisse dieser Prüfungen kann prognostiziert werden, dass die Keimreduktionsleistung der Luftreiniger – bis zu einem gewissen Punkt, der noch ermittelt werden muss – umso höher ausfallen wird, je höher die Ausgangsbelastung direkt vor Inbetriebnahme der Luftreinigungsmaßnahme ausfällt. Die Bakterienbelastungen überschritten im Versuchszeitraum Werte von etwa 6 x 103 KBE/m3 allenfalls sporadisch und dann auch nur kurzzeitig. Die maximale Bakterienreduktionsleistung der Luftreiniger der Schulz & Berger GmbH konnten angesichts der (erfahrungsbasiert) nur „mäßig hoch“ ausfallenden Innenraumluftbelastungen nicht ermittelt werden.
Der Einfluss der „natürlichen“ Keimreduktion durch Partikelsedimentation und diffusen Luftaustausch nach einem Freisetzungsereignis muss immer bestimmt und bei der Einschätzung der Gesamtreduktionsrate berücksichtigt werden.
7. Prognose der Leistung der Luftreiniger gegen Viren
Den laufenden Emissionen bakterienhaltiger Partikel zum Trotz limitieren die Luftreiniger die Bakterien-Konzentration bemerkenswert zuverlässig auf 10% oder weniger der Bakterienbelastung, die ohne technische Luftreinhaltungsmaßnahme messbar wäre. Die Halbwertszeit der Bakterien in der Luft betrug nach Inbetriebnahme der beiden Luftreiniger und einer Luftwechselrate von 19-fach/h lediglich 5 Minuten.
Im Reinluftstrom zentral unter dem Luftreiniger gegen Viren (Atemhöhe sitzender Mensch) war binnen Minutenfrist nach Inbetriebnahme der Luftreinhaltungsmaßnahme quasi „Nullbelastung“ Diese „Nullbelastung“ betraf alle aufgezeichneten partikulären / feststofflichen Paramater als da waren:
- optisch gemessene Gesamtpartikel-Konzentration > 0,3 µm
- Gesamt-Schimmelpilze auf DG18-Agar
- Gesamtkeime auf Malz-Agar
- Gesamt-Bakterien auf TSA-Agar
Die „Nullbelastung“ in Atemhöhe eines sitzenden Menschen war während des Unterrichts stabil. Lediglich beim Lüften der Klassenräume wurden durch die dabei auftretenden Raumluftturbulenzen Feinpartikel von außen in nennenswerter Zahl in den gereinigten Frischluftstrom eingemischt.
Eine Ansteckung direkt von Mensch zu Mensch z.B. durch Einatmen von Hustenaerosolen von einem infizierten Mitschüler in der Nähe kann mit den Luftreinigern der Schulz & Berger GmbH zwar nicht verhindert werden. Es ist anhand der Leistungskenndaten, die in dieser Studie ermittelt wurden, aber mit Sicherheit davon auszugehen, dass Luftreiniger der Schulz & Berger GmbH das Infektionsrisiko für die gesamte Klassengemeinschaft in Klassenräumen in erheblichem Maße senken können, da der Infektionsdruck durch laufende Entnahme potenziell infektiöser Aerosolpartikel niedrig gehalten wird.
7. Verfahren der Messung der Luftreiniger gegen Viren
Die Ergebnisse der statistischen Datenauswertung der zeit- und ortskombinierten Partikel- und Luftkeimmessungen zeigen Folgendes: Bakterien in der Klassenraumluft sind überwiegend mit dem Partikel-Kollektiv im unteren Mikrometerbereich assoziiert. Genauer mit Partikeln im Bereich 1 – 10 µm. Den Angaben in der Literatur zufolge sind auch wesentliche Teile des infektiösen luftgetragenen Viruspartikelkollektivs in Aufenthaltsräumen in diesem Partikel-Größenfenster zu finden. Insofern kann man Bakterienpartikel im Größenfenster 1-10 µm befugt als aussagekräftige Ersatzparameter bei der qualifizierten Effektivitätsbeurteilung der Luftreiniger gegen Viren im Hinblick auf die Reduzierung des Infektionsdrucks anerkennen. Der Infektionsdruck, ergibt sich aus ständigen Ausstößen von Coronaviren durch infizierte Personen und lastet auf nicht infizierten Personen. Bakterien in der Luft sind wesentlich zuverlässiger und mit höherer Sensitivität und vor allem deutlich schneller und kosteneffizienter in Luft zu erfassen und nachzuweisen als Viren.
Die Vorteile liegen auf der Hand, weil Effektivitätsüberprüfungen von Luftreinigern dadurch schnell und kosteneffizient möglich gemacht werden können.
8. Kohlendioxid und Luftreiniger gegen Viren
Kohlendioxid ist kein geeigneter Parameter zur Überprüfung der mikrobiologischen Innenraumluftqualität zumindest bei gleichzeitigem Betrieb vom Luftreiniger gegen Viren. Korrelationen zwischen Kohlendioxidkonzentrationen und Aerosolpartikel- bzw. Bakterien-Konzentrationen waren bei Betrieb der Luftreiniger gegen Viren nicht darstellbar und auch von vorneherein nicht zu erwarten.
9. Schutzfaktoren der Luftreiniger gegen Viren
So genannte Schutzfaktoren für Atemschutzmasken geben das von einer bestimmten Atemschutzgeräteklasse erwartete Maß an Schutz gegen schwebfähige Partikel an. Zum Vergleich der Prüfergebnisse der vorliegenden Expertise im Hinblick auf die prozentuale Bakterienreduktion werden die Schutzfaktoren von partikelfiltrierenden Halbmasken gegen schwebfähige Partikel in der Luft, wie z.B. Schimmelpilze, aufgerufen wie folgt:
Typ Maske Schutzfaktor Reduktion
FFP1 4 100% → 25%
FFP2 10 100% → 10%
FFP3 30 100% → 3%
Quelle: Beschluss 45/2011 des Ausschusses für Biologische Arbeitsstoffe (ABAS) vom 05.12.2011: Stellungnahme „Kriterien zur Auswahl der PSA bei Gefährdungen durch biologische Arbeitsstoffe“
Den Prüfergebnissen zufolge haben die Luftreiniger gegen Viren der Schulz & Berger GmbH bei ständigem Betrieb gegen anthropogene Bakterien in der Klassenraumluft einen Schutzfaktor mindestens analog partikelfiltrierenden FFP2-Atemschutzmasken gegen schwebpartikuläre Gefahrstoffe aufzubieten. Gegen die hier gemessenen Gesamtpartikel – und damit mit großer Wahrscheinlichkeit auch gegen infektiöse Coronaviren – können Schutzfaktoren mindestens zwischen FFP2- und FFP3- Atemschutzmasken erwartet werden.
Anmerkung zum Test Luftreiniger gegen Viren
Der Autor dieses Beitrags, Dr. Thomas Missel, ist promovierter Mikrobiologe (Schwerpunkt: Mykologie), bereits 20 Jahre in Hannover und Niedersachsen als Gutachter tätig und bei der IHK Hannover Öffentlich bestellt und vereidigt als Sachverständiger (seit 2008). Bestellungsgebiet bei der IHK ist: Schimmelpilze und Feuchtigkeit in Innenräumen.
Detailinformationen zum Schimmmelpilztest zum selbst machen:
/https://www.schimmelberatung-niedersachsen.de/informationsbeitrag-schimmelpilz-test/
Detailinformationen zum Schimmmeltest zum selbst testen:
