Infektionswahrscheinlichkeit bei bestimmten CO2-Konzentrationen in geschlossenen Räumen (OHNE zusätzliche Luftreiniger), abhängig von Maske tragen, n = 4 Personen, davon eine infiziert, Iwamura and Tsutsumi (2023)

Clean Air Map (Orte/Gastronomie mit Angaben zu Schutzmaßnahmen oder Luftqualität)

Geschichte

„Bad air (…) promotes the spread of contagious disease, and not infrequently makes closing as a prevention necessary. Schools which have suffered such almost yearly loss of weeks have, after the introduction of good ventilation, been for years free from such interruption.“

S.H. Woodbridge, Heating and Ventilation, Technology Quarterly (1888 – inklusive CO2-Messungen)

Lehren der Pandemie

Morawska et al., Lessons from the COVID-19 pandemic for ventilation and indoor air quality (25.07.24)

Schuhmacher et al., Untersuchungen an Luftreinigern in verschiedenen Räumlichkeiten, 30.05.23

„Ein wichtiges Ergebnis der Studie ist auch, dass eine ineffiziente Lüftung durch Fenster, Türen oder Abluftanlagen stets durch mobile Raumluftreiniger verbessert werden kann. Leistungsfähige Raumluftreiniger sind aber auch ohne Fensterlüftung in der Lage, die Virenlast in einem Raum auf einen niedrigen Niveau zu halten, oder eine hohe Virenlast schnell zu reduzieren, da sie im Gegensatz zur Stoßlüftung kontinuierlich für eine Reduktion der Virenlast sorgen und weil die Filterleistung völlig unabhängig davon ist, ob es ausreichend Fenster in den Räumen gibt, die Menschen bereit sind zu Lüften oder die Temperatur- und Windbedingungen einen Luftaustausch überhaupt physikalisch ermöglichen können.“

(Kähler et al. 02/2021)

Die Zufuhr sauberer Frischluft ist der zentrale Faktor in der dauerhaften Verringerung von Infektionsrisiken, aber auch von Luftschadstoffen allgemein wie Allergenen oder Feinstaub – so führt die chronische Exposition gegenüber Feinstaub zu erhöhtem Risiko für Herzkreislauferkrankungen (Wei et al. 2024).

Erhöhte Kohlendioxid-Werte beeinträchtigen kognitive Fähigkeiten (Young et al. 2024).

An oberster Stelle sollte die Frischluftzufuhr über Lüftungsanlagen und Lüften stehen. Wenn diese aus welchen Gründen auch immer nicht möglich ist, empfiehlt sich der kombinierte Einsatz mit mobilen Luftreinigern mit HEPA13-Filtern.

Ausführliche und fachkundige Infos hierzu gibt es bei der Initiative Gesundes Österreich (IGÖ) sowie in dieser internationalen Übersicht.

Ventilation

R_e bei verschiedenen Luftwechselraten und Erkrankungen, die über die Luft übertragen werden. Achtung: Die Y-Achse ist logarithmisch! Aus Mikszewski et al. 2022

Der Vergleich verschiedener respiratorischer Erreger wie Influenza, Coxsackievirus (Hand-Fuß-Mund-Krankheit, Enteroviren), Tuberkulose (behandelt und unbehandelt), Rhinoviren, Adenoviren, SARS-CoV2 und Masern zeigt, dass 2-3 Luftwechsel pro Stunde für die meisten Viren ausreichend sind. Am leichtesten einzudämmen wäre demnach sogar Influenza.

Frischluftzufuhr beseitigt nicht nur Viren, sondern auch das Kohlendioxid im Raum, das für zunehmende Müdigkeit, Konzentrationsschwächen und Kopfweh verantwortlich ist.

Wichtige Größen:

  • CADR: Clean Air Delivery Rate – wie viel saubere Luft kommt aus dem Luftreiniger (Einheit cubic feet per minute, CFM, oder cubic meters per hour (m³/h), Herstellerangaben beachten
  • ACH: Air Change per Hour (Luftwechselrate) – Angabe in Zahlen, z.B. 4 heißt, dass das gesamte Raumluftvolumen 4x pro Stunde mit Frischluft ersetzt wird, bei Luftreinigern wird die Luft nicht ausgetauscht, sondern gefiltert, Berechnung: ACH = CADR/Raumvolumen
  • Rechtliche Grundlagen für Innenraumluft am Arbeitsplatz: § 22 Absatz 3 Arbeitsschutzgesetz (ASchG) und Raumklima § 28 AStV
Es gibt drei Arten von Luftverunreinigungen – für CO2-Messungen relevant sind Gase, die durch Luftreiniger nicht entfernt werden können, zu den flüssigen Stoffen würden hier auch virusbeladene Aerosole (winzige Tröpfchen) zählen, die sowohl Lüften als auch Luftreiniger entfernen können.
  • Lufttemperatur: 19-25°C im Büro, maximal 0,10 m/s Luftgeschwindigkeit (3min-Mittelwert, stabile Strömungsverhältnisse erforderlich),
  • Relative Luftfeuchte: 40-70% bei Klimaanlage

„Laut § 27 AStV sind Arbeitsräume daher mechanisch zu be- und entlüften, wenn die natürliche Lüftung nicht ausreicht, insbesondere wenn die erforderlichen Lüftungsquerschnitte nicht erreicht werden oder trotz Einhaltung der erforderlichen Lüftungsquerschnitte eine ausreichend gute Luftqualität nicht gewährleistet werden kann.“ (S.13, Lüftung am Arbeitsplatz, AUVA)

Ein Problem hierbei ist insbesondere die Entstehung von Zugluft (>> 0,10 m/s), die durch Stoßlüften entsteht. Lärmbelastung durch Lüftung ist ebenso oft ein Thema, vor allem innerstädtisch, etwa in Therapie- und Beratungsräumen. Weiters können auch durch das Lüften Schadstoffe in den Raum gelangen, z.B. Pollen, Gülle/Kerosingeruch, Rauchentwicklung). Wenn keine mechanische Abluftanlage vorhanden ist, bleiben nur Luftreiniger, um zumindest Schadstoffe aus der Luft zu entfernen.

„Laut der Richtlinie zur Bewertung der Innenraumluft des BMK ist in Räumen, in denen geistige Tätigkeiten verrichtet werden oder die zur Regeneration dienen, ein mittlerer CO2-Wert von 1000 ppm einzuhalten. Lüftungskonzepte und -techniken sowie ggf. der Einsatz von Luftreinigern ersetzen nicht die allgemein bekannten Schutzmaßnahmen gegen Infektionen. Sie bieten zudem keinen wirksamen Schutz gegenüber einer Exposition durch direkten Kontakt bzw. Tröpfcheninfektion auf kurzer Distanz.“

schreibt das Arbeitsinspektorat (Text etwas älter, da noch von Maßnahmen einhalten geschrieben wird)

CO2-Messgeräte als Zeiger für Luftqualität in Innenräumen

REHVA Covid19 Guidance (2021) für Innenräume, Beispiel: Bei 5 Personen in einem 65qm großen Büro hat man eine Fläche von 13qm pro Person und ab 800ppm ist die C02-Konzentration inakzeptabel.

Je mehr ausgeatmet wird, desto mehr Kohlendioxid befindet sich in der Luft. Damit kann CO2 gemessen als indirekter Indikator für potentiell infektiöse Aerosole fungieren. Vorsicht: Hoher CO2-Wert kann keine Ansteckungsgefahr bedeuten, wenn kein Infizierter im Raum ist, umgekehrt, wenn eine positive Person aus dem Bus ausgestiegen ist, und die CO2-Werte niedrig sind, kann die Ansteckungsgefahr trotzdem hoch sein.

CO2-Werte sind kein guter Indikator für das Infektionsrisiko, wenn es eine HEPA-Filteranlage oder mobile Luftreiniger im Raum gibt, aber CO2-Konzentration senken ist unabhängig davon notwendig, um kognitive Fähigkeiten aufrechtzuerhalten.

Übertragung auf kurze Distanz ist bei niedrigen CO2-Werten NICHT ausgeschlossen – das verhindert nur eine gut sitzende FFP2-Maske. Die Übertragung auf große Distanz ist aber entsprechend geringer. Der CO2-Wert sagt einem, ob das relative Risiko geringer ist, sich anzustecken, sodass man die Maske abnehmen kann, um etwas zu essen oder zu trinken.

CO2 ist nicht nur Proxy für die Luftqualität, sondern beeinflusst direkt die Aerosol-Übertragung

Zerfallsraten infektiöser Viruspartikel bei verschiedenen CO2-Werten, aus Haddrell et al. 2024

Untersuchungen haben ergeben, dass 90% der anfänglichen Viruslast in der Luft nach 20 Minuten inaktiviert wird (Oswin et al. 2022). Für die Stabilität der Aerosole spielt der Säuregehalt eine wichtige Rolle (Haddrell et al. 2023). Beim Ausatmen steigt der pH-Wert des Aerosols innerhalb weniger Sekunden stark an (> 10), da sich das CO² (HCO³) auflöst, welches das Tröpfchen verlässt. Das Gleichgewicht verschiebt sich und die Säure im Tröpfchen verringert sich, wodurch der pH-Wert ansteigt. Erhöhte CO2-Konzentrationen in der Atmosphäre begrenzen das Ausmaß der Gleichgewichtsverschiebung, das heißt, beeinflussen den maximalen pH-Wert des Aerosols. Das Virus ist in dieser Region sehr empfindlich auf den pH-Wert (>10), jede kleinste Änderung hat einen großen Effekt auf die Stabilität des Aerosols.

Was bedeutet das? Wenn der hohe pH-Wert des Atemwegströpfchens den Verlust der viralen Infektiösität antreibt, bedeutet jede Zunahme der CO2-Konzentration eine Beeinflussung der Virusstabilität. Wenn die CO2-Konzentrationen längere Zeit hochbleiben, nimmt die Zerfallsrate des Virus langsamer ab, nach 40 Minuten ist also die mehr als zehnfache Menge des Virus immer noch infektiös in der Luft. CO2-Werte spielen dabei wahrscheinlich eine größere Rolle als die relative Luftfeuchte. (Haddrell et al. 2024)

Die inhalierte Virusmenge lässt sich leicht verringern: Abstand, FFP2-Maske und Lüften/Luftreiniger.

Beachte: Luftreiniger entfernen keine Gase aus der Luft. CO2-Werte werden in einem Raum mit Personen steigen, obwohl der Luftreiniger auf Hochtouren läuft.

CO2-Messgeräte:

Joey Fox: COVID Is Airborne.CO2 Sensor Can Help Stop It (30.06.22)

Rechts: Das Aranet4 im Frühstückslokal „An-Do“ am Yppenplatz, erster Tisch gleich neben dem Eingang, links: Aufzeichnungen während dem Aufenthalt im Lokal. Die gelben Zacken zu Beginn und am Ende stammen von der Fahrt mit der Linie 44 (Straßenbahn). Die CO2-Werte lagen durchwegs unter 600ppm und damit sehr niedrig – mit genügend Abstand zu anderen Gästen war ein halbwegs sicherer Aufenthalt gewährleistet.

Für Messungen kann ich das Aranet4, das Brennenstuhl C2ML4050 und das HAMA empfehlen, je nach Preisklasse mit steuerbarer App und Akku/USB. Manche gibt es im praktischen Schlüsselanhänger-Format oder noch kleiner in Signalfarben. Wichtig ist vor allem ein verbauter NDIR-Sensor.

Ich kann nur dazu ermutigen, immer ein CO2-Messgerät einzupacken, weil man damit das Interesse wecken kann. So kann man auch Fachkräfte überzeugen, regelmäßiger zu lüften oder sich einen Luftreiniger anzuschaffen, um die Luftqualität dauerhaft hoch zu halten.

Moderate CO2-Werte in den Regionalzügen, schlechte CO2-Werte im Regionalbus
Das Selbstbedienungscafé in der privaten Westbahn hat schlechtere Luft als im Bordbistro vom ÖBB-Railjet – zudem sitzt man in der Westbahn auch enger gegenüber. O-Bus-Linien in Salzburg sind auch unzureichend belüftet.

Vorsicht: Die Österreichischen Bundesbahnen behaupten, dass die Luft im Railjet insgesamt elf Mal pro Stunde im Waggon ausgetauscht wird. Es sind jedoch erstens nur Filter der Klasse G4 verbaut (nach ISO 16890 Norm “ISO Coarse 60% – 95%), die keine Viren ausfiltern können, und zweiten zeigen zahlreiche CO2-Messungen keine gute Frischluftzufuhr.

Flugzeug:

Ich bin seit Pandemiebeginn nicht mehr geflogen, den mehrheitlichen Berichten zufolge herrscht das größe Risiko aber beim Boarding, bzw. Verlassen des Flugzeugs, wenn die Lüftung/Unterdruck-Luftaustausch am geringsten ist. Im Flug herrschen meist bessere Lüftungswerte. Ähnliche Bedingungen gelten übrigens auch bei Fernzügen (Railjet und ICE), die bei längeren Stehzeiten mehr CO2 akkumulieren als während der Fahrt.

Umluft-HEPA-Filter haben die meisten Flugzeuge nicht, weil während des Fluges (angeblich) frische Außenluft zurückgeführt wird. Gute Luftqualität herrscht individuellen Erfahrungen zufolge bei den Airlines Aegean und Swiss. Ganz schlecht hingegen Lufthansa.

Risikobereiche beim Fliegen sind außerdem lange Schlangen beim Check-in sowie am Gate.

Arbeitsplatz

Der Arbeitgeber hat nach § 4 ASchG die Pflicht zur Evaluierung der konkreten Gefahrenquellen am Arbeitslatz und Festlegung von Vorkehrungen nach dem TOP-Prinzip (technisch – organisatorisch – persönlich).

  • Technische Maßnahmen sind etwa – und das kommt oftmals zu kurz – richtig eingestellte UND nach den Normen und Herstellervorgaben gewartete Raumlüftungen oder räumliche Abtrennungen (Trennwände, Diskretions- und Abstandsbereiche, Raumteiler).
  • Organisatorische Schutzmaßnahmen betreffen vor allem die Minimierung der anwesenden Personen (vermehrtes Homeoffice, Staffelung des Arbeitsbeginns, Bildung fixer Teams), Zutrittskonzepte für betriebsfremde Personen, aber auch stark personenbezogene Nutzung von Werkzeugen & Arbeitsmitteln
  • Persönliche Maßnahmen folgen dort, wo Technik und Organisation allein nicht ausreichen, um die konkreten Gefahr im Betrieb einzudämmen (Stichwort: Anwesenheit von Risikopersonen). Dazu gehören insbesondere Schutzmasken (MNS, dann FFP2) bzw. Handschuhe (v.a. im Gesundheitsbereich).

„Eine ausreichende Frischluftzufuhr ist auf jeden Fall die beste Lösung für Arbeitsräume, da Viren und veratmete Luft regelmäßig durch Frischluft ersetzt wird. Die Reinigung der Luft durch Filter kann in bestimmten Fällen als ergänzende Zusatzmaßnahme sinnvoll sein, jedoch ersetzt es nicht die Frischluftzufuhr. Damit diese Entscheidung für die jeweilige Raumsituation fachlich fundiert getroffen werden kann, braucht es vorab Messungen/Beurteilung der Luftqualität und eine fachkompetente Bewertung, welche Leistung zusätzliche Anlagen überhaupt erbringen können. Wichtigste Ansprechpartner sind hier die Sicherheitsfachkräfte und Arbeitsmediziner:innen die jeder Betrieb zur Umsetzung des Arbeitnehmer:innenschutzgesetzes benötigt.

Für grundsätzliche Fragen stehen auch die Expert:innen der AK unter der Hotline Sicherheit, Gesundheit und Arbeit unter der Nummer 01 50165-1208 zur Verfügung.“

„Ein wichtiges Ergebnis der Studie ist auch, dass eine ineffiziente Lüftung durch Fenster, Türen oder Abluftanlagen stets durch mobile Raumluftreiniger verbessert werden kann. Leistungsfähige Raumluftreiniger sind aber auch ohne Fensterlüftung in der Lage, die Virenlast in einem Raum auf einen niedrigen Niveau zu halten, oder eine hohe Virenlast schnell zu reduzieren, da sie im Gegensatz zur Stoßlüftung kontinuierlich für eine Reduktion der Virenlast sorgen und weil die Filterleistung völlig unabhängig davon ist, ob es ausreichend Fenster in den Räumen gibt, die Menschen bereit sind zu Lüften oder die Temperatur- und Windbedingungen einen Luftaustausch überhaupt physikalisch ermöglichen können.“ (Kähler et al. 02/2021)

Die beste Büro-Lüftungsart ist die Quell-Lüftung (siehe Vortrag von Prof Dr. Martin Kriegel, 2021).

Quell-Lüftung in einem Großraumbüro, 12 Stunden-Schichtbetrieb, konstant niedrige CO2-Werte

Auto

Fenster einen Spalt offen lassen verringert durch Unterdruckerzeugung die kontinuierliche Ansammlung infektiöser Aerosole bei längeren Autofahrten

Übersicht über die Luftqualität im öffentlichen Raum

Die schlechteste Luftqualität herrscht in Supermärkten, im Gesundheitswesen, in Museen (wer erinnert sich nicht daran, immer so furchtbar müde zu sein beim Durchgehen?), in Apotheken….

n = 1500 Messungen für Indoor CO2 map com (August 2024)

Luftreiniger und Luftfilter

Entscheidend ist das Produkt aus Luftstrom und Filtereffizienz. Eine geringere Filtereffizienz als HEPA-13 kann durch einen stärkeren Luftstrom ausgeglichen werden. Damit können auch mit 75% Filter bessere CADR-Werte als mit HEPA13-Filtern erreicht werden, Credits: @cleanairkits

Luftreinigung als effektiver Schutz gegen Infektionen sind mehrfach bewiesen worden (z.B. Conway-Morris et al. 2021, Frank et al. 2023) und können etwa in Alten- und Pflegeheimen eingesetzt werden (Urrutia et al. 2023), auch „Do-it-yourself“-Luftfilter reduzieren Aerosole effektiv (Derk et al. 2023). HEPA-Filter funktieren besser als natürliche Frischluftzufuhr (Raymenants et al. 2023). Far-UVC (222nm) ist in der Lage, Luft-Pathogene in Innenräumen innerhalb von Minuten um 98% zu reduzieren (Eadie et al. 2022).

FAQ zu HEPA-Filtern

Luftanlagen mit HEPA-Filtersystem:

Viele Gebäude haben ein Heiz-, Belüftungs- und Klimaanlagensystem (HVAC), auch mechanische Belüftung genannt. Diese haben auch einen Filter eingebaut, sodass die zugeführte Frischluft schadstoffarm ist. Eine andere Möglichkeit ist ein HEPA-Filtergerät, das entweder fix an der Wand/Decke oder als tragbare Einheit auf den Boden gestellt werden kann.

Ein Filter besitzt zwei wichtige Eigenschaften: Effizienz (- wie gut kann er Partikel aus der Luft filtern) und Druckabfall (wie der Filter den Luftstrom beschränkt. Hoher Druckabfall bedeutet starke Beschränkung des Luftstroms, sodass man stärkere Ventilatoren benötigt). HEPA steht für High Efficiency Particulate Air Filter – H13-Filter entfernen 99,95% der Partikel.

Mobile Luftreiniger mit HEPA-Filter:

Ein tragbarer HEPA-Filter ist eine Box mit einem Filter und einem Ventilator darin – dieser zieht Luft durch den Filter und zurück in den Raum. Der Filter entfernt Partikel wie Staub, Allergene, Rauch, Pilze, Bakterien oder infektiöse Atemwegspartikel aus der Luft. Er entfernt keine Gase wie Kohlendioxid! Das heißt auch, dass in einem Raum mit H13-Filter hohe CO2-Werte nicht gleichzusetzen sind mit hoher Ansteckungsgefahr!

Empfohlen werden Luftfilter, die den CO2-Gehalt unter 800ppm halten und die 6fache Filterung des Raumluftvolumens pro Stunde mit mindestens HEPA 13 und das bei maximal 30 dbA, je leiser, desto besser (Beispiele).

HEPA-Filter sind gegen Übertragung auf kurzer Entfernung (short-range transmission) nicht nutzlos. Diese passiert, wenn man die konzentrierte Aerosolwolke vor einer ausatmenden Person einatmet. HEPA-Filter verringern die Viruskonzentration im ganzen Raum und aufgrund des Ventilators wird auch der Luftstrom im Raum verbessert. Je nach Raum- und Filtergröße kann dieser Effekt geringer sein, aber nicht Null.

Solange die mobilen Luftfilter nicht unmittelbar neben der Wand aufgestellt werden, spielt es für die Filtereffizienz in Wohnräumen keine Rolle, wo im Raum sie aufgestellt werden. Für größere Räume wie Büros sollten Luftfilter durchgehend laufen und auch nicht abgeschaltet werden, während man Frischluft hereinlässt (weil damit auch Feinstaub in den Raum eindringt), mehr Infos hier.

Verhinderung von Folgeansteckungen im Haushalt:

  • viel lüften, Feuchtigkeit zwischen 40 und 60% halten, zu feuchte Luft fördert Schimmelbildung, zu trockene Luft reizt die Schleimhäute, wenn es draußen kalt ist, sollte man Befeuchter laufen lassen, vor allem im Schlafzimmer (alternativ: Wäsche aufhängen)
  • Isolationsraum einrichten, Luftreiniger laufen lassen, negativen Druck im Raum erzeugen: Ventilator im benachbarten Badezimmer oder in Richtung offenes Fenster aufstellen, dadurch gelangt Luft vom Gang in den Raum und nicht umgekehrt.
  • Lüftungsschächte abkleben (Hotelzimmer!)
  • Bei geteiltem Badezimmer: WC-Deckel schließen vor dem Spülen, Ventilator und Fenster auf, Luftreiniger an
  • Maske tragen
  • Luftreiniger bei infizierten Person platzieren, dann kann sich keine Viruskonzentration aufbauen

Quelle und Original: Filterexperte Joey Fox, Toronto, Kanada

Grenzen von kleinen, tragbaren Luftreinigern

Kleine tragbare HEPA-Filter (z.B. ToGo-Filter) arbeiten kaum effizient, sie müssten sich innerhalb 40cm vom Gesicht befinden, was über längere Zeit kaum aufrechterhalten werden kann. Wer also einen ToGo-Filter nutzt, sollte ihn bestenfalls um den Hals hängen oder unterhalb vom Kopf halten, da die gefilterte Luft senkrecht aus dem Gerät aufsteigt. Sonst vermischt sich die gefilterte Luft rasch mit der Umgebungsluft größerer Räume.

Am effektivsten sind sie (leider) dort, wo die infizierte Person ist (die müsste das Gerät verwenden, nicht die Person, die sich schützen will). Man kann die Effektivität steigern, indem man Trennwände aufbaut (z.B. Plexiglas) und sich seine persönliche “Blase” mit sauberer Luft schafft. Effizient sind sie nur dann, wenn sie groß genug sind, dich anzublasen.

Der ToGo-Filter hat laut Hersteller einen TVOC-Sensor verbaut, der bereits bei feinsten Gasen anspringt. Sollte sich die Luftqualität verschlechtern, während das Gerät filtert, springt er automatisch in die starke Stufe. Grund für diese Einstellung ist, dass er in geselliger Runde früher anspringen soll. In der starken Stufe, die man manuell einstellen kann, wird die Hürde schneller überschritten aufgrund eines größeren Luftdurchsatzes (20m³/h), deswegen wechselt die LED hier schneller auf rot bei Bedarf als im sanften Modus.

Literatur

Wolkoff et al., Health, work performance, and risk of infection in office-like environments: The role of indoor temperature, air humidity, and ventilation (02/2021 – „Poor ventilation in crowded confined indoor spaces is associated with increased risk of transmission of respiratory infections but increase of ventilation and recirculation of air without efficient particle filtration and air disinfection may facilitate the spread of virus droplets.“)

Berichte und Studien zu Lüften (Frischluftzufuhr)

Studien zur Effektivität von mobilen Luftreinigern bei SARS-CoV2:

Studien zu Ultravioletten Strahlung als Luftreinigung

Zum Download: Grafik in hoher Auflösung für Poster und Flyer (Credits: Sergio Coscolin)

weitere Medienberichte:

Vorschlag der Ärztekammer Wien zur Novellierung von § 26 der Bundes-Arbeitsstättenverordnung:

Quelle: Hannes Grünbichler, ÖLI-UG, 01. August 2024