Ziel der Entwicklung

Das Thema der Luftreinigung ist in Zeiten von COVID-19 stark in den Vordergrund gerückt und besonders in geschlossenen Räumen mit mehreren Personen unumgänglich geworden. Die öffentliche Diskussion möglicher sinnvoller Maßnahmen, z.B. für Schulen, unterstreicht dies deutlich. In diesen Aufenthaltsräumen ist das Potenzial einer direkten und indirekten Infektionsgefahr latent vorhanden. Dabei beschreibt die direkte Infektionsgefahr die Übertragung der Pathogene zwischen zwei Personen, während sich die indirekte Infektionsgefahr durch eine zeitlich und räumlich versetzte Übertragung auszeichnet, wobei Aerosole in der Luft das Übertragungsmedium sind.
Zur Aufrechterhaltung bzw. Wiederherstellung des Schulalltags mit Präsenzunterricht werden von den Verantwortlichen gegenwärtig große Anstrengungen unternommen, und verschiedenste Maßnahmen werden geprüft und umgesetzt. Allein die Einhaltung der AHA-Regel bietet jedoch keinen ausreichenden Schutz vor der Ansteckungsgefahr. Vom Umweltbundesamt (UBA) und der Deutschen Gesellschaft für Unfallversicherung (DGUV) wurde eine Anleitung zum Thema „Lüften in Schulräumen“ herausgegeben. Die Kernaussage dieser Anleitung ist die Anwendung regelmäßiger Stoßlüftung für 3-10 Minuten alle 20 Minuten durch vollständig geöffnete Fenster und Türen, wenn keine Lüftungsanlage vorhanden ist. Über die Fensterlüftung können die Viren aus der Raumluft entfernt werden. Allerdings schränken die notwendigen Lüftungsintervalle die Raumnutzung, insbesondere in der kalten Jahreszeit, stark ein. Ursache hierfür sind z.B. Aspekte der thermischen Behaglichkeit, die als sehr kritisch angesehen werden müssen (z.B. Temperatur, Zugluftrisiko). Ferner sind auch Fragen der zusätzlichen Heizenergie sowie möglicher Außenlärm zu beachten.
Der Fachverband Gebäude-Klima e.V. (FGK) hat sich ebenfalls dieses Themas angenommen und den Statusreport 52 erarbeitet. Dieser Statusreport erweitert die bewährte AHA-Regel um ein +L. Das +L steht dabei für die Bewertung der Lüftung hinsichtlich des Infektionsrisikos. Es wird ein auf europäischen Normen basierendes, vereinfachtes Bewertungsverfahren für Gebäude vorgeschlagen, mit dem die Einhaltung der +L-Kriterien auf eine pragmatische und einfache Weise dokumentiert werden kann. Im Ergebnis wird die Bewertung darauf hinauslaufen, dass zusätzlich zum hygienisch notwendigen Luftwechsel weitere Maßnahmen, wie z.B. Umluftreinigung, angerechnet werden können.
Aktuell werden große Hoffnungen in den Einsatz von dezentralen Luftreinigungsgeräten gesetzt. Diese Geräte filtern im Umluftbetrieb die Raumluft (nach Definition ist der korrekte Begriff „Sekundärluftreinigungsgerät“, jedoch wird in diesem Antrag Umluft und Sekundärluft synonym verwendet). Damit kann die geforderte (Stoß-)Lüftung auf den hygienisch notwendigen Luftwechsel reduziert werden. Im Rahmen eines Feldtests derartiger Geräte konnten vom Antragsteller die grundlegenden Gerätefunktionen nachgewiesen werden. Allerdings zeigen die Ergebnisse auch, dass es hinsichtlich der thermischen Behaglichkeit (Zugluft) und der Lärmemission starke geräte- bzw. verfahrensbedingte Defizite gibt. Diese Defizite wurden nach Ansicht des Antragstellers bisher zu wenig beachtet. Diese These wird auch durch die vielen Rückfragen von Betreibern gestützt, die den großflächigen Einsatz dieser Technik planen und berechtigte Zweifel äußern.
Aus den bisherigen Erfahrungen im Umgang mit dem Infektionsrisiko in Aufenthaltsräumen ergibt sich der Bedarf an einem Luftreinigungssystem, das:
- weitgehend unabhängig von den Raumeigenschaften und dem Raumnutzungsprofil ist,
- keinen zusätzlichen Platz im Raum erfordert,
- eine zusätzliche Durchmischung der Raumluft vermeidet,
- die Behaglichkeitsanforderungen einhält,
- moderne, smarte Funktionen integriert,
- energieeffizient, leise und bedarfsgerecht arbeitet,
- in der Anschaffung und im Betrieb preiswert ist,
- auch nach der Pandemie nachhaltig einsetzbar ist,
- Robustheit und Servicefreundlichkeit (Ventilator, Filter etc.) aufweist und
- den Anforderungen an Gerätesicherheit und Unfallverhütung entspricht.
Die im Rahmen dieses Forschungsvorhabens geplante Entwicklung eines dezentralen Luftreinigungsgerätes ist in der Lage, alle genannten Anforderungen vollumfänglich zu erfüllen. Es unterstützt damit die gesellschaftlichen Anstrengungen zur Wiederherstellung des notwendigen und gewohnten Schulalltags. Darüber hinaus kann das Gerät auch nach dem Abklingen der Pandemie nachhaltig während der jährlich auftretenden Grippewellen eingesetzt werden, um einen besseren Schutz der im Raum anwesenden Personen hinsichtlich der Infektionsgefahr zu gewährleisten.

Vorteile und Lösungen

Für die Entwicklung eines dezentralen Luftreinigungsgerätes für Tischmöbel ist die Erfassung und Filterung von Atemluft ein wesentlicher Schwerpunkt. Dabei soll die Luft möglichst nah an der Quelle erfasst werden, um eine Durchmischung der Raumluft in geschlossenen Räumen zu minimieren. Um die notwendigen Randbedingungen des Reinigers und seiner Spezifikationen zu ermitteln, war es erforderlich, die Atemluftcharakteristik genauer zu untersuchen.
Für die Untersuchung der quellnahen Erfassung von Atemluft in geschlossenen Räumen wurde am ILK Dresden ein entsprechender Dummy entwickelt. Dieser wurde so ausgestattet, dass eine möglichst realitätsnahe Atmung über einen Blasebalg simuliert werden kann. Die Erwärmung und Befeuchtung der Luft sowie die temporäre Nebelerzeugung waren ebenfalls Bestandteil der Untersuchung. Über geeignete Sensoren konnten Temperatur und Feuchtigkeit gemessen und dokumentiert werden. Mit den gewonnenen Erkenntnissen kann die Auslegung von Ventilator, Filter und luftführenden Bauelementen gezielt erfolgen.
Mit diesen Maßnahmen konnte ein Reinigungssystem entwickelt werden, das in der Lage ist, die Atemluft direkt an der Quelle abzusaugen. So wird eine Durchmischung der mit Partikeln beladenen Luft im Raum vermieden.

Zielgruppe und Zielmarkt

Das Hauptaugenmerk dieses Luftreinigers liegt auf dem Einsatz in Schulen ohne zentrale Lüftungssysteme, um die Ansteckungsgefahr durch Aerosole in geschlossenen Klassenzimmern zu verringern. Der Einsatz ist jedoch auch in vielen anderen Bereichen möglich, zum Beispiel:
- Wohnbereiche mit mehreren Personen
- Büro- und Konferenzräume
- Gesundheitswesen, wie Krankenhäuser und Arztpraxen
- Andere Einrichtungen im Bildungswesen, wie Universitäten und Bibliotheken
- Gastronomie
- Industrie und Gewerbe
Potenzielle Branchen für die Herstellung eines solchen Gerätes sind:
- Hersteller von Lüftungsgeräten
- Zulieferer von Ventilatoren, Filtern, Tischmöbeln und luftführenden Bauteilen
Die Grundlage der Transfer- und Vermarktungsstrategie ist die Öffentlichkeitsarbeit. Das ILK Dresden präsentiert regelmäßig Forschungsergebnisse auf Fachmessen, in Fachliteratur, auf wissenschaftlichen Veranstaltungen und nicht zuletzt auch auf der Website des Instituts. Aufgrund der fachlichen Ausrichtung des ILK Dresden besteht zudem eine enge Zusammenarbeit mit einer Vielzahl mittelständischer Unternehmen und Anwendern im Bereich der Lüftungstechnik. Diese Kontakte ermöglichen es, bei entsprechenden Anfragen auf die mit dem Projekt erarbeiteten Optionen hinzuweisen und gegebenenfalls Lösungskonzepte zu entwickeln.
Interne Effekte sind insbesondere aus folgenden Punkten zu erwarten:
- Refinanzierung durch Anwendung der Projektergebnisse für die frei finanzierte Auftragsforschung am ILK Dresden gGmbH (FuE-Dienstleistungen).
Zum Beispiel werden bereits dezentrale Lüftungsgeräte, die auch in Schulen eingesetzt werden, am ILK Dresden vermessen und gegebenenfalls optimiert.
- Refinanzierung durch Lizenzerlöse.