Jedes Jahr sterben weltweit sieben Millionen Menschen an den Folgen von Luftverschmutzung. In Innenbereichen wird bis zu fünfmal mehr Luftverschmutzung festgestellt als im Freien. Das macht die mangelnde Qualität von Raumluft zu einem der fünf größten Risiken für die menschliche Gesundheit. Typische Begleiterscheinungen sind abnehmende Energieeffizienz, Leistungsabfall sowie Beeinträchtigung des Wohlbefindens.
Einer der Faktoren, die sich negativ auf die Luftqualität in Innenräumen auswirken, ist Kohlendioxid (CO2). Der Mensch produziert von Natur aus CO2, wenn Kohlenhydrate zur Energiegewinnung metabolisiert werden, und gibt CO2 beim Ausatmen ab. Nimmt jedoch die CO2-Konzentration in der Luft zu, verringert sich der inhärente CO2-Konzentrationsgradient zwischen Lunge und eingeatmeter Luft und der Körper kann dieses Gas weniger gut ausscheiden. Die Folge ist eine höhere CO2-Konzentration im Blut, wodurch wichtige Funktionen des Körpers beeinträchtigt werden können.
Verbreitung des Coronavirus durch Mikrotröpfchen über Entfernungen von mehreren zehn Metern
Neben CO2 wirken sich auch andere Faktoren negativ auf die Qualität der Innenraumluft aus: Lacke und Lösungsmittel, Tierhaare und – vielleicht am relevantesten in unserer Zeit – Bakterien und Viren. Bis zum 16. Oktober 2020 haben sich weltweit mehr als 38 Millionen Menschen mit COVID-19 infiziert und die Zahl der Todesopfer hat inzwischen eine Million überschritten.
Wie viele andere Viren verbreitet sich COVID-19 über Atemtröpfchen, die von infizierten Personen durch Atmen, Husten und Niesen abgegeben werden. Auch durch direkten Kontakt mit kontaminierten Oberflächen ist eine Übertragung möglich. Diese Infektionskrankheiten treten in den kälteren Monaten häufiger auf, da sich die Menschen mehr in Innenräumen aufhalten, wo die Luftqualität schlechter ist.
Maßnahmen wie Abstandsregeln und verstärktes Händewaschen sollen die Ausbreitung von COVID-19 über große Atemtröpfchen (die sich normalerweise im Umkreis von ein bis zwei Metern um eine ansteckende Person bewegen) begrenzen und den Kontakt mit kontaminierten Oberflächen reduzieren. Viele Viren werden auch durch kleine Mikrotröpfchen in der Luft (≤5 µm) übertragen, die problemlos Dutzende von Metern zurücklegen können.
2004 analysierte ein Team von Wissenschaftlern einen Ausbruch des SARS-CoV-1-Virus in einer Wohnanlage in Hongkong. Mithilfe von rechnergestützter Luftströmungsdynamik fanden sie heraus, dass eine große Anzahl der Fälle auf die Ausbreitung kleiner Mikrotröpfchen in der Luft zurückzuführen war. Kürzliche Studien zum aktuellen Coronavirus (SARS-CoV-2) haben gezeigt, dass die Übertragung auf die gleiche Weise stattfindet. Damit ist bewiesen, dass kleine Mikrotröpfchen, die beim Atmen und Sprechen in die Luft abgegeben werden, zur Ausbreitung von Infektionen in geschlossenen Umgebungen führen können. Wissenschaftler fordern nun, dass nationale und internationale Gremien diese Übertragungsroute anerkennen und Maßnahmen zur Kontrolle einleiten, um die Ansteckung über diesen Infektionsweg zu minimieren.
Hemmung der Virusübertragung durch häufiges Lüften
Glücklicherweise lässt sich dieser Art der Übertragung, ebenso wie der CO2-Konzentration, durch regelmäßiges Lüften wirksam begegnen. Die Heizungs-, Lüftungs- und Klimasysteme (HLK) einiger Gebäude sind für mechanische Lüftung konzipiert. Bei Gebäuden ohne mechanische Lüftung, wie Wohnungen und Restaurants, kann auch natürliche Lüftung durch das Öffnen von Türen und Fenstern effektiv sein. In diesem Fall hängt der Luftstrom jedoch vor allem davon ab, wie weit die Fenster geöffnet werden können, sowie von der Position der Fenster und Türen. Auch die Witterungsbedingungen spielen eine Rolle.
Referenzdesign eines Geräts zur CO2-Überwachung / Quelle: Sensirion AG
Leider ist die Konzentration von Viruspartikeln in der Luft nicht nachweisbar. Die CO2-Konzentration hingegen lässt sich mit einem CO2-Sensor relativ einfach messen. Daher kann die CO2-Konzentration stellvertretend für die Überwachung von infektiösem Material in der Luft herangezogen werden. Man stelle sich den CO2-Gehalt in der Luft wie ein „Ampelsystem“ vor: Grün steht für 400–1.000 ppm und entspricht der CO2-Konzentration von Außenluft. Gelb repräsentiert einen Gehalt zwischen 1.000 und 1.600 ppm, Werte, bei denen 80 % der Menschen mit der empfundenen Luftqualität zufrieden sind. Rot bedeutet ≥1.600 ppm mit nachweisbaren negativen Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit und das Wohlbefinden. Die Luftqualität gilt als schlecht und es besteht ein erhöhtes Risiko für eine Virusübertragung.
CO2-Sensoren von Sensirion zur Bestimmung der Konzentration von infektiösem Material
Sensirion ist der weltweit führende Hersteller von digitalen Mikrosensoren. Das Angebot des Unternehmens umfasst zwei CO2-Sensoren: SCD30 und SCD4x. Die Sensoren sind mit CMOSens®-Technologie für hochgenaue CO2-Messung mit Infrarotdetektion oder PASens-Technologie basierend auf einem photoakustischen Messprinzip (±30 ppm bzw. ±50 ppm) ausgestattet. Diese Sensoren zeichnen sich durch ihre geringe Größe aus – vor allem der SCD4x mit einem Platzbedarf von nur einem Kubikzentimeter. Dadurch ist eine einfache Integration in HLK-Systeme zu relativ geringen Kosten möglich. Diese Systeme können dann so programmiert werden, dass sie die Lüftungsleistung erhöhen, wenn die CO2-Werte 1.000 ppm erreichen.
SCD30 und SCD4x im Größenvergleich / Quelle: Sensirion AG
Die globale Corona-Pandemie befindet sich in vielen Teilen der Welt momentan in ihrer zweiten Welle. Da die Menschen aufgrund des kälteren Wetters mehr Zeit in Innenräumen verbringen, könnte verstärktes Lüften (natürlich oder mechanisch) dazu beitragen, die Ausbreitung von COVID-19-Infektionen zu minimieren, und folglich Leben retten.
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