Positionspapier der Gesellschaft für Aerosolforschung zum Verständnis der Rolle von Aerosolpartikeln beim SARS-CoV-2 Infektionsgeschehen

1. Ziel dieses Papiers

Das vorliegende Positionspapier richtet sich an Vertreter von Medien, Behörden, Verwaltung und Politik, sowie an die interessierte Öffentlichkeit. Die Gesellschaft für Aerosolforschung (GAeF, https:// www.info.gaef.de) leistet mit dem Papier einen Beitrag zur Bewältigung der durch das SARS-CoV-2 Virus hervorgerufenen Pandemie, indem es zum Verständnis möglicher Übertragungswege beiträgt. Im Rahmen der Erforschung von Übertragungswegen wird seit einiger Zeit neben der Schmierinfektion und der Tröpfcheninfektion auch die Aerosolübertragung als wichtiger Infektionsweg diskutiert [1, 2]. Das Virus kann dabei im luftgetragenen Zustand mehrere Stunden überleben [3]. Aus Sicht der GAeF werden in der öffentlichen Diskussion jedoch einige Dinge vermischt. Da die möglichen Übertragungswege Maßnahmen zur Unterbindung der Übertragung nahelegen, möchte die GAeF an dieser Stelle das notwendige Expertenwissen allgemein verständlich beitragen. Dabei wird die Thematik rein aus der Sicht der Aerosolforschung betrachtet und es werden keine medizinischen, epidemiologischen, virologischen oder infektiologischen Schlüsse gezogen. Zur Aufklärung der Übertragungswege ist aus unserer Sicht eine verstärkte Kooperation der verschiedenen Disziplinen notwendig, auch über die aktuelle Pandemie hinaus.

2. Was ist ein Aerosol?

Das Wort Aerosol ist ein Kunstwort, zusammengesetzt aus dem altgriechischen Wort αηρ (aēr) für „Luft“ und dem lateinischen Wort solutio für „Lösung“. Ein Aerosol ist physikalisch gesehen ein heterogenes Gemisch aus Partikeln zusammen mit dem sie umgebenden Gas oder Gasgemisch (hier: Luft, s. Abbildung 1). Die luftgetragenen Partikel können sowohl Feststoffe wie z.B. Ruß oder Mineralstaub als auch flüssige Tropfen sein. Bei einem stabilen Aerosol sind die flüssigen oder festen Bestandteile als schwebfähige Partikel homogen verteilt. Entsprechend ist z. B. unsere Umgebungsluft mit dem darin verteilten Feinstaub1 ein Aerosol. In diesem Papier wird daher für die Gesamtheit der luftgetragenen Teilchen der Begriff „Aerosolpartikel“ oder kurz „Partikel“ verwendet. Häufig wird jedoch, insbesondere in der aktuellen öffentlichen Diskussion, fälschlicherweise der Begriff Aerosol verwendet, wenn damit eigentlich nur die Aerosolpartikel gemeint sind (z. B. [4]). Da der größte Teil der Luft aus gasförmigen Molekülen wie Stickstoff und Sauerstoff besteht, sind die festen oder flüssigen Partikel die Besonderheit des Aerosols. Aerosolpartikel sind so klein und leicht, dass sie in Abhängigkeit von ihrer Größe für eine gewisse Zeit in der Luft schweben können. In der Außenluft können Aerosolpartikel viele Stunden oder Tage verweilen und damit auch über weite Strecken transportiert werden.

In einem Liter Luft finden sich normalerweise viele Millionen Aerosolpartikel, die unter anderem das Klima und die Bildung von Wolken [5] sowie chemische Reaktionen in der Atmosphäre [6] beeinflussen. In erhöhten Konzentrationen können sie als Feinstaub auch die menschliche Gesundheit [7] beeinträchtigen. Im Laufe eines Tages atmet ein erwachsener Mensch daher durchschnittlich etwa einhundert Milliarden Partikel ein. Die Wirkung von Aerosolpartikeln hängt dabei von ihrer Anzahl, Größe, Masse und/oder ihrer chemischen Zusammensetzung ab. Diese Eigenschaften werden wiederum durch die verschiedensten natürlichen und vom Menschen geschaffenen Quellen unterschiedlich beeinflusst [8]. Der Größenbereich von Aerosolpartikeln ist nicht genau definiert, wird aber typischerweise für Partikeldurchmesser von etwa 1 bis 2 Nanometern (nm, Millionstel Millimeter, d. h. 0,001–0,002 µm) bis 100 Mikrometern (µm, Tausendstel Millimeter) angegeben [9, 10]. Die Mehrzahl der atmosphärischen Aerosolpartikel (wie zum Beispiel Ruß- oder Ammoniumsulfatpartikel) ist kleiner als 1 µm. Mineralstaub- oder Seesalzpartikel, aber auch Bakterien sind meist größer als 1 µm. Die Größe von Pollen liegt zwischen 10 µm und 60 µm. SARS-CoV-2-Viren haben Größen zwischen etwa 0,06 µm und 0,14 µm [11], ggf. auch etwas kleiner [12]. Zum Vergleich: menschliche Haare haben Durchmesser zwischen 20 µm und 80 µm.

Viren werden in bzw. auf einem Gewebe gebildet. Sie können sich nicht einzeln von einer Oberfläche lösen. Folglich existieren Viren typischerweise nicht als einzelne, auch Virionen genannte, Partikel im Aerosol, sondern werden in der Luft an größeren festen oder in flüssigen Partikeln transportiert. Vor allem in der medizinischen Literatur und auch in der öffentlichen Diskussion zu SARS-CoV-2 findet sich häufig die missverständliche und willkürliche Abgrenzung von Aerosolpartikeln mit Durchmessern 5 µm und Tröpfchen mit Durchmessern 5 µm, die ein unterschiedliches Verhalten von Aerosolpartikeln und Tröpfchen unterstellt. Diese Unterscheidung von Aerosolpartikeln und Tröpfchen ist weder hinsichtlich des Transportverhaltens [13, 14] (s. Kapitel 3.1), noch der Infektiosität der Partikel (s. Kapitel 4) sinnvoll, zumal die flüssigen Anteile der Aerosolpartikel schnell verdunsten. Entscheidend ist in jedem Fall die Größenverteilung der Partikel. In der Literatur finden sich unterschiedliche Einteilungen in Größenklassen, die allerdings häufig durch die verwendete Messtechnik und nicht ausschließlich durch das für das Infektionsgeschehen relevante Partikelverhalten bedingt sind.

3. COVID-19-relevante Grundlagen der Aerosolphysik

3.1 Grundlagen der Partikelbewegung

Die Relevanz der Aerosolphysik für das Verständnis des Infektionsgeschehens wurde kürzlich u.a. von Drossinos und Stilianakis [13] in einem Editorial zur Fachzeitschrift Aerosol Science and Technology herausgestellt. Ein wesentlicher Bestandteil der Aerosolphysik ist die Bewegung von Aerosolpartikeln, die sehr stark von der Größe der Partikel abhängig ist [4, 9]. Da Aerosolpartikel nicht immer eine definierte geometrische Form haben, wird zur Beschreibung der Partikelgröße nur im einfachsten und idealisierten Fall der geometrische Durchmesser einer Kugel verwendet. Um den Einfluss der Partikelgeometrie (aerodynamischer Widerstand) und der chemischen Zusammensetzung (Dichte des Partikels) zu berücksichtigen, wird dazu die Größe von Partikeln meist als sogenannter aerodynamischer Durchmesser angegeben. Der aerodynamische Durchmesser ist definiert als Durchmesser eines kugelförmigen Partikels mit einer Dichte von 1 Gramm pro Kubikzentimeter (zum Beispiel ein Wassertropfen), dessen Verhalten dem eines realen Partikels entspricht, das sich in der Luftströmung bewegt.

Aerosolpartikel werden mit der oft turbulenten Luftströmung transportiert und dadurch sowohl im Innenraum als auch im Freien schnell verteilt. Um den Partikeltransport zu verstehen, muss außerdem die Partikelbewegung relativ zur Luftströmung beschrieben werden, die von den in einem Aerosol auf die Partikel wirkenden Kräfte bestimmt wird. Luftmoleküle sind in Abhängigkeit von der Temperatur in ständiger thermischer Bewegung mit zufälliger Richtung und Geschwindigkeit und prallen dadurch mit den in der Luft verteilten Aerosolpartikeln zusammen. Hierdurch übertragen sie Energie und Impuls und führen somit zu häufigen Änderungen der Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung der Partikel. Durch diese sogenannte Brownsche Molekularbewegung ergibt sich ein diffusiver Transport [15, 16], der mit kleiner werdenden Partikeldurchmessern zunimmt und vor allem für Partikel mit Durchmessern von weniger als 0,1 µm relevant ist. In diesem Partikelgrößenbereich ist die Diffusion der wichtigste Transportmechanismus über kurze Distanzen, der zum Beispiel bei der Partikelfiltration [17] oder der Partikeldeposition, d.h. der Ablagerung/Entfernung von Partikeln, zum Beispiel in der Lunge [18] wichtig ist. Für Partikel, die größer sind als ca. 0,1 µm, spielt die Diffusion mit wachsender Partikelgröße eine zunehmend untergeordnete Rolle, und die Schwerkraft (Gravitation) gewinnt an Bedeutung. Bei jeglicher Bewegung von Partikeln relativ zur umgebenden Luft wirkt eine der Bewegung entgegengesetzte bremsende Reibungskraft, bedingt durch den aerodynamischen Widerstand. So stellt sich beim Absinken von Aerosolpartikeln aufgrund der Schwerkraft in ruhender Luft schnell eine stabile Sedimentationsgeschwindigkeit ein, die von der Partikelgeometrie und -dichte, d.h. dem aerodynamischen Durchmesser, der Partikel abhängig ist. In ruhender Luft würde ein 1 µm großes sphärisches Aerosolpartikel mit der Dichte von Wasser etwa 7,5 Stunden benötigen, um aus einer Höhe von 1 Meter zu Boden zu sinken. Ein 10 µm großes Partikel benötigt dazu nur rund sechs Minuten. Einige Beispiele für die Zeiten, die Partikel benötigen, um allein aufgrund der Schwerkraft einen Meter abzusinken sind in Abbildung 2 dargestellt. Hierzu wurde angenommen, dass sich die Partikelgröße während des Transports nicht ändert. Exhalierte flüssige Aerosolpartikel hingegen geben typischerweise Wasser ab und schrumpfen dadurch. Zum besseren Verständnis dieses Prozesse sei auf Kapitel 3.3 verwiesen.

Die Angaben in Abbildung 2 beziehen sich auf ruhende Luft. Partikel werden allerdings auch durch die Luftbewegung im Freien und in Innenräumen transportiert (Advektion und turbulenter Transport) und können dadurch ggf. sehr viel länger in der Luft verbleiben als in der Abbildung angegeben, wenn nach oben gerichtete Kräfte der Gravitationskraft entgegenwirken. Durch die sogenannte Advektion (waagerechte Verfrachtung) mit der Luftströmung können Aerosolpartikel im Freien über sehr weite Strecken transportiert werden. Mit der turbulenten Luftbewegung werden Aerosolpartikel auch vertikal transportiert. In Innenräumen können typische Strömungsgeschwindigkeiten um 0,1 m/s Partikel bis zu einem aerodynamischen Durchmesser von 20 µm über längere Zeit in der Schwebe halten [19] und schnell im ganzen Raum verteilen. Dabei wird die ausgeatmete Luft, die eventuell mit Viren beladene Partikel enthält, mit der Raumluft vermischt und rasch verdünnt. Wird die Raumluft allerdings nicht ausgetauscht (Lüften) oder gefiltert (Lüftungsanlage oder Luftreiniger) dann kommt es mit der Zeit zu einer Anreicherung. Im Gegensatz hierzu wird die exhalierte Partikelkonzentration in der Außenluft schnell verdünnt und abtransportiert, sodass es zu keiner Anreicherung kommt. Erst für Partikel mit Durchmessern weit über 100 µm kann eine ballistische Flugbahn zur Beschreibung des Transports angenommen werden, sodass diese Partikel schnell sedimentieren und nicht mehr luftgetragen sind. Hiermit wird die Ausbreitung von Partikeln, die beim Husten oder Niesen mit großer Geschwindigkeit ausgestoßen werden, wie bei einem geworfenen Ball beschrieben (s. hierzu Kapitel 4.2 und Abbildung 3).

3.2 Partikeldeposition

Verschiedene Prozesse führen dazu, dass Aerosolpartikel aus der Luft entfernt werden. Eine ganz wesentliche Rolle spielt die Partikeldeposition, d.h. die Ablagerung von Aerosolpartikeln auf dem Boden oder auf Oberflächen. Für größere Partikel (typischerweise 1 µm) ist die Schwerkraft relevant für die Deposition, also das Absinken der Partikel zu Boden. Bei hoher relativer Luftfeuchtigkeit können auch ursprünglich kleine Partikel aufgrund ihrer chemischen Beschaffenheit Feuchtigkeit aufnehmen und anwachsen und somit schneller sedimentieren [20, 21]. Umgekehrt schrumpfen flüssige Partikel bei geringer Luftfeuchtigkeit. Kleinere Partikel (ca. 0,1 µm) hingegen können durch die Brownsche Molekularbewegung an Oberflächen abgelagert werden. Wenn Luftströmungen an Hindernissen umgelenkt werden und besonders größere Partikel aufgrund ihrer Trägheit der Richtungsänderung nicht folgen können, werden diese großen Partikel durch die Impaktion am Hindernis abgelagert [9]. Können Aerosolpartikel der Luftströmung um ein Hindernis folgen, werden aber aufgrund ihrer Ausdehnung und der Nähe zum Hindernis abgeschieden, spricht man von Interzeption [9]. Diese Abscheidemechanismen werden in Partikelfiltern gezielt ausgenutzt, um Partikel aus der Luft zu entfernen [17]. Partikelfilter werden in Abschnitt 5.1 erläutert.

Die Partikeldeposition ist – abhängig von den Bedingungen vor Ort – typischerweise in einem Partikelgrößenbereich von ca. 0,1 – 0,3 µm am geringsten (die Verhältnismäßigkeiten sind anhand der Abscheidung in einem Filter im Abschnitt zur Partikelfiltration in Abbildung 5 grafisch dargestellt). Das bedeutet, dass diese Partikel sehr lange im luftgetragenen Zustand verbleiben und in abgeschlossenen Räumen ohne Luftaustausch länger als 24 Stunden in der Luft schweben können.

3.3 Verdunsten von flüssigen Partikeln

Aerosolpartikel stehen mit dem sie umgebenden Wasserdampf in dauerndem Austausch. Dies gilt insbesondere für flüssige Aerosolpartikel, die häufig zu großen Teilen aus Wasser bestehen. Die Partikel streben ein Gleichgewicht mit dem Wasserdampf an. Wie viel Wasser ein Aerosolpartikel enthält, hängt von seiner Zusammensetzung und der relativen Luftfeuchtigkeit ab. Dies gilt insbesondere für die im Kontext von COVID-19 besonders relevanten exhalierten flüssigen Partikel. Im Atmungstrakt herrschen warme und feuchte Bedingungen (relative Luftfeuchtigkeit von ca. 100 %), sodass Aerosolpartikel dort einen hohen Wassergehalt haben. Nach dem Ausatmen verdunstet Wasser von den Partikeln. Dieser Prozess wurde bereits 1934 von Wells beschrieben [22]. Die Partikel trocknen und schrumpfen dadurch mit einer Geschwindigkeit, die von der Partikeloberfläche sowie der Lufttemperatur und der relativen Luftfeuchtigkeit abhängig ist [23]. Für Partikel gleicher Zusammensetzung gilt, dass durch das größere Verhältnis der Oberfläche zu Volumen, kleinere Partikel schneller verdunsten [24]. Drewnick et al. [25] haben berechnet, dass ein anfangs 100 µm großer reiner Wassertropfen bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 50 % 15 s benötigt, um durch Verdunstung auf die Größe eines SARS-CoV-2 Virus (0,14 µm) zu schrumpfen, ein 10 µm großer Wassertropfen 0,1 s und ein 1 µm großer Tropfen nur 0,003 s. Bei 90 % relativer Feuchtigkeit benötigen die Wassertropfen hierfür etwa vier- bis fünfmal so lang. Diese Größenänderung beeinflusst sowohl Transport als auch Filtrationseigenschaften. Deshalb muss man die Größenveränderung der Partikel nach dem Ausatmen berücksichtigen. Während die exhalierte Partikelgröße – das ist die Größe des Partikels direkt nach dem Ausatmen – für die Abscheidung in einer Maske beim Ausatmen relevant ist, muss die durch Trocknung verringerte Größe für die Aufenthaltsdauer der Aerosolpartikel in der Umgebungsluft und für deren Abscheidung in Masken zum Selbstschutz, in Luftreinigern und in Lüftungsanlagen berücksichtigt werden.

4. Wann und wie werden Viren bzw. virenhaltiges Aerosol exhaliert?

Im Atemtrakt des Menschen werden Aerosolpartikel freigesetzt. Ganz offensichtlich geschieht dies beim Niesen und Husten. Allerdings werden auch Partikel beim ganz normalen Atmen, Sprechen, Singen, Flüstern und Schreien generiert. Die im Folgenden genannten Partikelgrößen beziehen sich auf die frisch exhalierten Partikel, die aber aufgrund von Verdunstung nach der Exhalation schrumpfen können (siehe vorangegangenes Kapitel 3.3).

Ein viel diskutierter Mechanismus der Virusinfektion mit Atemwegsbeteiligung ist das reine Atmen. Da wir 24 Stunden am Tag atmen und ein Erwachsener dabei zwischen 10 und 25 m³ Luft ein- und wieder ausatmet [9], genügen schon geringe Aerosolkonzentrationen bei der Freisetzung, um erhebliche Mengen von potenziell mit Viren beladenen Aerosolpartikeln in die Umwelt abzugeben. Im Vergleich zu den typischen im Innen- und Außenbereich vorherrschenden Partikelkonzentrationen sind diese Mengen hingegen klein, sodass die ausgeatmeten Partikel nur einen vernachlässigbaren Beitrag zur Feinstaubkonzentration leisten. Der gesunde Mensch atmet bei normaler Ruheatmung zwischen einem und einigen hundert Aerosolpartikeln pro Liter2 Luft aus, die in der peripheren Lunge während der Inhalation durch das „Wiederöffnen kollabierter Atemwege“ erzeugt werden. Erstmals beschrieben wurde das Phänomen 1988 von Gebhart et al. [26], Johnson und Morawska [27] bestätigten 2009 den Mechanismus. Olin et al. [28, 29, 30, 31] untersuchten daraufhin detailliert, woraus diese exhalierten Partikel bestehen und fanden heraus, dass es sich hauptsächlich um Lungenflüssigkeit (Surfactant) handelt, wobei auch Viren in den Partikeln gefunden wurden. Hohlfeld et al. [32, 33, 34] konnten die Partikelgröße bestimmen, die bei 0,2 – 0,4 µm liegt. Da in vielen Studien über exhalierte Aerosolpartikel aber aufgrund messtechnischer Einschränkungen erst ab einer Größe von 0,3 µm oder 0,5 µm gemessen wird, geben viele Veröffentlichungen deutlich zu niedrige Anzahlkonzentrationen für die exhalierten Partikel an. In derzeit laufenden Untersuchungen wurde festgestellt, dass bei einer Atemwegsinfektion die Anzahl der exhalierten Partikel dramatisch auf Werte von mehreren zig- bis hunderttausend Partikeln pro Liter Luft ansteigen kann. Dies geschieht aber nicht notwendigerweise bei jeder infizierten Person. Nach Abklingen des Infektes atmeten diese dann wieder nur wenige Partikel pro Liter Luft aus [35, 36].

Ein weiterer Mechanismus für die Verbreitung von Viren über den Luftpfad ist das Sprechen und Singen [37, 38]. Bei diesen Aktivitäten werden mehrere tausend bis hunderttausend Aerosolpartikel pro Liter durch die Vibration der Stimmbänder und der Bewegung der Zunge sowie der Zähne und der Lippen erzeugt [39]. Diese Partikel sind jedoch in der Regel größer als die durch das Atmen generierten Partikel. Asadi et al. [40] fanden, dass die Partikel eine Größe von ca. 1 µm haben und mit steigender Lautstärke mehr Partikel erzeugt werden. Bisher noch nicht publizierte Untersuchungen von Jensen et al.3 zeigten Partikelgrößen um 2 µm.

4.1 Die Ausbreitung von Viren durch Atemluft

Bereits 2008 konnte die Gruppe um Patricia Fabian und Donald Milton von der University of Massachusetts Influenza-Viren in exhalierten Aerosolpartikeln nachweisen [41]. Die Autoren zeigten, dass 87% der exhalierten Aerosolpartikel Größen von weniger als 1 µm hatten. Später wiesen Milton et al. [42] erneut Influenza-Viren in der von infizierten Patienten ausgeatmeten Luft nach. Bei 35 von 37 mit Influenza infizierten Patienten fanden sie erhebliche Mengen an Influenzaviren im kleinen Partikelgrößenbereich, die durch normales Atmen entstanden, während sie beim Husten nur bei 16 von 37 Patienten Virus-RNA nachweisen konnten. Auch die Mengen des gesammelten Virusmaterials waren um ein Vielfaches geringer als die bei normalem Atmen in den kleinen Aerosolpartikeln gefundenen Mengen.

Lindsley et al. [43] konnten ebenfalls deutliche Mengen von Influenza-A-Viren im Exhalat nachweisen. Die Autoren fanden zwar beim Husten etwas mehr Viren als bei einer normalen Atmung, merkten aber an, dass das Husten sehr viel seltener stattfindet, als das Atmen und damit die Verbreitung der Viren vermutlich sehr viel häufiger und effektiver durch die normale Atmung geschieht.

Fabian et al. [44] fanden im Exhalat infizierter Patienten auch Rhinoviren. Diese wurden hauptsächlich in den kleinsten von ihnen messbaren Partikeln gefunden. Dass die Ausbreitung von unterschiedlichen Viren durch die normale Atmung der infizierten Personen geschieht, ist inzwischen auch von verschiedenen anderen Arbeitsgruppen nachgewiesen. Für SARS-CoV-1-Viren finden sich die Ergebnisse in den Studien von Wang et al. [45] und Gralton et al. [46]. Mitchell et al. [47] fanden Rhinovirus, RSV, Influenza-A, Influenza-B, Parainfluenza-Virus 1, 2 & 3 und Humanes Metapneumovirus, Yip et al. [48] Influenza-A-Viren. Shiu et al. [49] fanden Influenza-A-RNA im Aerosol in der Umgebungsluft auf einer Kinderstation im Zimmer von Patienten. Es kann angenommen werden, dass sich die Erkenntnisse dieser Untersuchungen auch auf SARS-CoV-2-Viren übertragen lassen.

Morawska und Cao [50] weisen auf die vielen Beobachtungen hin, die es äußerst plausibel machen, dass auch die SARS-CoV-2-Epidemie mindestens zu einem großen Teil durch die Übertragung von exhalierten Viren beeinflusst wird und dass dies unbedingt bei den Maßnahmen zur Eindämmung der Pandemie berücksichtigt werden muss.

Van Doremalen et al. [3] untersuchten, wie lange SARS-CoV-2-Viren in einem Aerosol aktiv bleiben. Sie fanden Halbwertszeiten zwischen 1 und 1,1 Stunden. Smither et al. [51] stellten, abhängig von der Luftfeuchtigkeit, Halbwertszeiten bei Tageslicht zwischen etwa einer halben und drei Stunden fest. Im Dunkeln waren die Viren hingegen über lange Zeit stabil. Brlek et al. [52] konnten zeigen, dass sich in einer Squash-Halle in Slowenien Sportler, nachdem eine infizierte Person dort Squash spielte, mit SARS-CoV-2 infizierten. Fears et al. [53] zeigten, dass luftgetragene SARS-CoV-2-Viren unter Umständen über 16 Stunden lang infektiös bleiben können.

Ma et al. [36] fanden in einer Untersuchung heraus, dass es einzelne Personen gibt, die bis zu 400.000 Viren pro Minute ausatmen. In zahlreichen Untersuchungen wurden zudem Viren und Virus RNA in der Luft von Krankenzimmern und sogar auf Fluren in Krankenhäusern gefunden, obwohl sie in 75 % der Patienten keinerlei Viren im Exhalat nachweisen konnten. Lednicky et al. [54] konnten infektiöse SARS-CoV-2-Viren in luftgetragenen Aerosolpartikeln in einer Entfernung von 4,8 m von einem Covid-19-Patienten im Krankenhaus nachweisen. Zhou et al. [55] fanden im exhalierten Atemkondensat zweier von neun untersuchten Patienten, die nach einer Covid-19 Erkrankung aus dem Krankenhaus entlassen werden sollten, noch SARS-CoV-2 Viren. Die Konzentration betrug ca. 100 Viren pro Liter Atemluft.

In einer Untersuchung von Infektionsketten wurde von Qian et al. [56] festgestellt, dass die COVID-19-Infektion im Wesentlichen ein Phänomen in Innenräumen ist und im Außenbereich, also außerhalb geschlossener Räume, nahezu keine Ansteckungen auftreten. Von über 7000 beobachteten und dokumentierten Infektionen fand nur eine einzige im Außenbereich statt. Dies ist vermutlich darauf zurückzuführen, dass im Außenraum eine schnelle Verdünnung der mit Viren beladenen Aerosolpartikel zu erwarten ist, wodurch das Infektionsrisiko sinkt (s. Kapitel 3.1). Vor allem in größeren Menschenmengen mit geringen Abständen ist aber auch im Freien eine Ansteckung nicht ausgeschlossen.

Basierend auf der Vielzahl der vorliegenden Studien und Erkenntnisse kann man davon ausgehen, dass ausgeatmete Aerosolpartikel auch bei der Corona-Pandemie eine prominente Rolle bei der Verbreitung der Viren spielen. In den Kapiteln 5 und 6 wird daher darauf eingegangen, wie sich die Verbreitung von Viren eindämmen lässt.

4.2 Tröpfchenübertragung

Beim Husten, Niesen sowie beim Reden oder Singen werden u. a. auch Tropfen ausgestoßen, deren Durchmesser größer als 100 µm sind und die, wie oben erklärt, sich nicht mehr wie Aerosolpartikel verhalten. Diese können aber bei der direkten Tröpfchenübertragung eine wesentliche Rolle spielen. Aufgrund ihres im Vergleich zu Aerosolpartikeln sehr viel größeren Volumens können sie entsprechend mehr Viren enthalten, wodurch der Tröpfcheninfektion häufig eine dominante Rolle zugeschrieben wird. Die Flugbahn solcher Partikel ist stark von der Emissionsgeschwindigkeit und -richtung abhängig. Abbildung 3 zeigt Beispiele von Flugbahnen von 200 µm großen Tropfen für Ausstoßgeschwindigkeiten wie sie insbesondere beim Husten auftreten können. Beim Niesen sind die Ausstoßgeschwindigkeiten häufig noch höher, sodass die Partikel noch weiter transportiert werden können. Für die Berechnung wurde angenommen, dass die Tropfen in einer Mundhöhe von 1,70 m ausgestoßen werden und sich die Tropfengröße während des Transports nicht ändert. Man erkennt, dass die Abstandsregel von 1,5 m im Hinblick auf solche Partikel sehr sinnvoll, bzw. ggf. sogar eher knapp bemessen ist. Gesichtsvisiere oder schlecht anliegende Masken, die für kleine Aerosolpartikel nur eine geringe Wirksamkeit haben, können für diese großen Tröpfchen hingegen effektiv sein. Man beachte, dass bei Tröpfchen über 100 µm die Verdünnung keine Rolle spielt, wodurch es im Hinblick auf die direkte Tröpfcheninfektion nicht wichtig ist, ob sich die Personen im Außen- oder im Innenraum befinden.

5. Möglichkeiten zur Verringerung der Virenkonzentration in der
Innenraumluft

Es existieren verschiedene Möglichkeiten, die Virenkonzentration in der Raumluft zu reduzieren. Während Maßnahmen, wie das Lüften und Filtration darauf abzielen, die Virenkonzentration zu reduzieren, wird die Bestrahlung der Luft oder von Filtern mit UV-Licht dazu angewendet, Viren zu inaktivieren.

Ein effektiver Prozess zur Verringerung der Partikelkonzentration in einem Raum – und damit in analoger Weise der Konzentration von virenhaltigen Aerosolpartikeln – ist die Verdünnung mit sauberer, partikelärmerer, d.h. virenfreier Luft. Im Außenbereich findet Verdünnung ständig durch natürliche Luftbewegungen statt. Im Innenbereich kann eine Verdünnung durch effizientes Lüften erreicht werden. Hierzu sollten Fenster geöffnet und für Luftbewegung gesorgt werden. Dies geschieht am effektivsten durch Stoß- oder Querlüften, d.h. außer den Fenstern im Raum sollten Oberlichter und/oder Türen, sowie Fenster und Türen in Nebenräumen geöffnet werden. Die benötigte Lüftungsdauer ist dabei abhängig von der Raumgröße, Anzahl und Größe der Fenster, sowie dem Temperaturunterschied innen und außen. Ggf. lässt sich der Luftaustausch mechanisch, z. B. durch einen Ventilator, forcieren. Dabei sollte bedacht werden, dass die Außenluft zwar in der Regel virenfrei, aber nicht frei von anderen Luftschadstoffen ist und durch Lüften dadurch zwar die Virenkonzentration gesenkt, die allgemeine Luftqualität im Innenraum aber ggf. sogar verschlechtert werden kann.

Die Notwendigkeit des Lüftens kann z. B. durch die kontinuierliche Messung der Kohlenstoffdioxid- (CO2) Konzentration im Innenraum überwacht werden. Ausreichend genaue CO2-Monitore (auch als CO2-Ampeln bekannt) sind im Handel kostengünstig erhältlich. Da CO2 genauso mit der Atmung entsteht wie ggf. virenbelastete Aerosolpartikel, kann die CO2-Konzentration unter bestimmten Voraussetzungen auch als Indikator für die Konzentration exhalierter Aerosolpartikel angenommen werden. Dies gilt allerdings nur in Fällen, in denen keine aktive Filterung der Innenraumluft, z. B. mit Luftreinigern (s. Kapitel 5.2) oder Lüftungsanlagen im Umluftbetrieb (s. Kapitel 5.3) vorgenommen wird. In diesen Fällen werden der Luft zwar Aerosolpartikel, nicht aber das CO2 entnommen. Dies würde bedeuten, dass tendenziell zu häufig gelüftet würde, was energetisch ungünstig sein kann. Das Risiko einer Infektion würde dadurch allerdings eher sinken. Ab welcher CO2-Konzentration gelüftet werden soll, ist Gegenstand aktueller Diskussion. Laut der Kommission Innenraumhygiene des deutschen Umweltbundesamts zeigt eine CO2-Konzentration von unter 1000 ppm (0,1 vol%) unter normalen Bedingungen einen hygienisch ausreichenden Luftwechsel an [58]. Die Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung rät dazu, in Kindertagesstätten diesen Wert so weit wie möglich zu unterschreiten [59]. Die natürliche CO2-Konzentration in der Außenluft beträgt ca. 410 ppm und kann auch in Innenräumen nicht unterschritten werden.

Lüften kann zwar die Partikelkonzentration und Virenlast in Innenräumen senken, jedoch eine direkte Tröpfcheninfektion zwischen zwei Personen bei zu geringem Abstand nicht verhindern.

Weitere Möglichkeiten zur Reduktion der Partikel- und Virenkonzentration besteht in Filtrationslösungen, die im Folgenden beschrieben werden.

5.1 Grundlagen der Filtration

Partikelfilter bestehen in der Regel aus Vliesstoffen, im Englischen als Nonwovens bezeichnet. Unter Vliesstoffen versteht man gemäß EN 29092 Netzwerke aus dreidimensional angeordneten Fasern. Aerosolpartikel werden in Filtern durch unterschiedliche Mechanismen abgeschieden. Die häufig anzutreffende Vorstellung, dass Partikelfilter wie „Siebe“ oder „Fischernetze“ funktionierten und entsprechend nur große Partikel zurückhalten, ist dabei grundlegend falsch, denn gerade sehr kleine Partikel können aufgrund ihrer Brownschen Molekularbewegung mit sehr hoher Effizienz herausgefiltert werden [60, 61]. Strömt ein Aerosol durch die offenen Bereiche zwischen den Fasern in einem Filter, so führen im Wesentlichen drei verschiedene Mechanismen dazu, dass Partikel an den Fasern abgeschieden werden [9]: Impaktion, Interzeption und Diffusion [17], siehe Abbildung 4 und Kapitel 3.2.

Diese drei Mechanismen wirken sich auf Partikel verschiedener Größen unterschiedlich aus. Die Impaktion, d.h. die Trägheitsabscheidung von Partikeln, ist für Partikel 1 µm der dominante Abscheidemechanismus. Der Einfluss der Interzeption nimmt ebenfalls mit zunehmender Partikelgröße zu. Die Diffusion aufgrund Brownscher Molekularbewegung hingegen nimmt mit kleiner werdender Partikelgröße zu und ist für Partikelgrößen 0,1 µm der wesentliche und hocheffiziente Abscheidemechanismus in Filtern. Sobald ein Partikel auf eine Faser auftrifft, bleibt es dort haften. Eine Wiederablösung in einem Filter oder an anderen Oberflächen abgeschiedener Partikel ist weitgehend ausgeschlossen, da hierzu unrealistisch hohe Kräfte benötigt würden [62].

Aus der Überlagerung dieser drei Abscheidemechanismen ergibt sich eine typische U-förmige Abscheidekurve (s. Abbildung 5). Je nach Filter und Anströmgeschwindigkeit liegt das resultierende Minimum der Abscheideeffizienz (auch als most penetrating particle size, MPPS, bekannt) typischerweise zwischen 0,1 µm und 0,3 µm. Im Umkehrschluss bedeutet das, dass Partikel aller anderen Größen, auch sehr kleine, noch effizienter abgeschieden werden. Bei herkömmlichen Raumluftfiltern liegt die minimale Effizienz je nach Filterklasse bei 30–90%. Bei hocheffizienten HEPA (High Efficiency Particulate Air) Filtern gemäß EN 1822–1 bzw. ISO 29463 beträgt die minimale Filtereffizienz je nach Filterklasse mindestens 99,95%. Diese normgerechten Angaben beziehen sich immer auf den Nennvolumenstrom der Filter. Wird ein Filter mit einem niedrigeren Volumenstrom betrieben, so werden große Partikel aufgrund nachlassender Impaktion mit geringerer, kleine Partikel hingegen mit höherer Effizienz abgeschieden, da ihnen mehr Zeit für die diffusive Abscheidung zur Verfügung steht. Das Abscheideminimum wandert daher zu größeren Partikeln. Bei Betrieb eines Filters mit höherem als dem Nennvolumenstrom4 ist es genau umgekehrt.

Ganz allgemein gilt, dass zur Erlangung eines höheren Abscheidegrades ein dichteres, dickeres oder mehrlagiges Filtermedium benötigt wird. Hierdurch steigt aber auch der Strömungswiderstand (Druckverlust) des Filters [63] und damit z. B. im Falle von Atemschutzmasken der Atemwiderstand sowie beim Betrieb von Filtern für Luftreiniger oder Lüftungsanlagen der Energiebedarf.

Eine Besonderheit stellen in diesem Zusammenhang sogenannte Elektretfilter dar. Deren Fasern sind herstellungsbedingt elektrisch geladen [64, 65]. Ein Teil der luftgetragenen Partikel trägt eine natürliche elektrische Ladung [66] und lässt sich somit im Vergleich zur rein mechanischen Filtration mit erhöhter Effizienz aus der Luft entfernen. Aber auch ungeladene Partikel werden in dem resultierenden elektrischen Feld innerhalb des Filters polarisiert und damit ebenfalls vermehrt abgeschieden [64, 67]. Diese beiden elektrischen Effekte wirken sich unterschiedlich stark auf verschiedene Partikelgrößen aus, sodass die Abscheidekurve eines Elektretfilters in der Regel mehrere lokale Minima aufweist [68, 69]. Da das Einbringen elektrisch geladener Fasern keinen merklichen Einfluss auf den Druckverlust hat, sind Elektretfilter insbesondere für Anwendungen von Interesse, in denen ein hoher Druckverlust vermieden werden soll, bei gleichzeitig hoher Abscheideeffizienz [70]. Sie kommen beispielsweise in Atemschutzmasken [71, 72] oder für Haushalts-Raumluftreiniger [73] zum Einsatz.

Während des Betriebs von Luftfiltern werden Partikel auf bzw. in dem Vlies abgeschieden, wodurch sich die freien porenartigen Luftvolumina verengen. Aufgrund des dichteren Filtermediums steigt somit mit zunehmender Betriebsdauer die Filtereffizienz, aber auch der Druckverlust [74] und damit der Energiebedarf bzw. der Atemwiderstand. Bei Elektretfiltern geht die Beladung des Filters zudem mit einer elektrischen Entladung des Filters einher [75, 76]. Der Einfluss nachlassender Ladung auf die Abscheideeffizienz ist dabei in der Regel stärker als die Zunahme der mechanischen Effizienz durch die Partikelabscheidung, sodass für Elektretfilter der Gesamtabscheidegrad während des Betriebs sinkt [76]. Die Entladung der Filter wird zudem durch Luftfeuchtigkeit [77, 78] und insbesondere Lösungsmitteldämpfe [79, 80, 81] beschleunigt. Die Lager- und Einsatzdauer von Elektretfiltern ist somit stärker beschränkt als die nicht-geladener Filter. Eine mögliche Entladung während der Lagerung wird in der wissenschaftlichen Literatur allerdings als gering [82] bis vernachlässigbar [83] beschrieben. Derzeit existiert keine technische Lösung, um Elektretfilter nach dem Gebrauch wiederaufzuladen.

5.2 Effektivität von Luftreinigern

Luftreiniger sind mobile Geräte, die an beliebiger Stelle in einem Raum positioniert werden können. Sie verfügen über ein Gebläse, das die Raumluft ansaugt, diese durch Filter leitet und die gereinigte Luft wieder an den Raum abgibt. Somit haben sie bezüglich der Partikelkonzentration quasi den gleichen Effekt wie das Lüften mit sauberer Außenluft, indem sie die Partikelkonzentration im Zeitverlauf senken oder niedrig halten [84]. Luftreiniger sind in den letzten Jahren als Haushaltsgeräte zunehmend populär geworden. Im Rahmen der COVID-19-Pandemie sind zudem größere, häufig als professionell bezeichnete Luftreiniger z. B. für Klassenräume oder industrielle Arbeitsplätze auf den Markt gekommen. Vorteile von Luftreinigern im Vergleich zum Lüften sind, dass dem Raum insbesondere in der kalten Jahreszeit keine Wärme entweicht und die Effektivität unabhängig von der Partikelkonzentration in der Außenluft ist. Aus diesem Grund werden Luftreiniger insbesondere für Räume, in denen regelmäßiges Lüften nicht möglich ist, als zusätzlicher Baustein zur Minimierung des Infektionsrisikos betrachtet [1]. Nachteile von Luftreinigern sind mögliche zusätzliche Anschaffungskosten, der Stromverbrauch und die Geräuschemissionen des Gebläses. Insbesondere die Geräuschemissionen können die Akzeptanz im Alltag dabei maßgeblich mindern [85]. Nachteilig ist zudem, dass lediglich eine Luftumwälzung und kein Luftaustausch erfolgt. Dies geschieht jedoch bei geschlossenen Fenstern ebenfalls nicht. Anders als beim Lüften und dem damit verbundenen Eintrag von Sauerstoff reichert sich die Konzentration des ausgeatmeten CO2 im Raum daher an. Zudem kann – ebenso wie beim Lüften – eine direkte Tröpfcheninfektion zwischen zwei Personen bei zu geringem Abstand nicht verhindert werden.

Die meisten Luftreiniger verfügen über Vliesstofffilter zur Abscheidung von Partikeln [86]. Dabei handelt es sich bei Haushaltsgeräten häufig um Elektretfilter, um einen geringen Strömungswiderstand zu erreichen. Dies hat den Vorteil, dass bei gleichem Stromverbrauch aber niedriger Geräuschentwicklung mehr Luft umgewälzt werden kann. Jedoch sind regelmäßige Filterwechsel notwendig, da die anfängliche Effizienz durch Entladung der Filter stark abfallen kann [81]. Neuere „professionelle“ Luftreiniger verfügen hingegen häufig über hocheffiziente, aber ungeladene Filter der HEPA-Klassen H135 oder H14 mit entsprechend höherem Druckverlust. Viele Luftreiniger enthalten zusätzlich Aktivkohle, um auch gasförmige Schadstoffe und Gerüche abzuscheiden [87]. Die Aktivkohle hat jedoch keinen nennenswerten Einfluss auf die Partikelabscheidung. Teilweise werden zudem Zusatzfunktionen zur Inaktivierung von Mikroorganismen durch UV-Licht, Plasma oder Ozon angeboten. Dass die UV-Bestrahlung von Viren zu deren Inaktivierung führen kann, ist bereits seit Jahrzehnten bekannt [88] und wird in vielen Luftreinigern eingesetzt [89, 90]. Die Effizienz von UV-Bestrahlung zur Inaktivierung anderer Coronaviren konnte auch bereits nachgewiesen werden [91]. Allerdings wurden die in dem Übersichtsartikel von Heßling et al. [91] aufgeführten Studien nicht an luftgetragenen, sondern an auf Oberflächen deponierten Viren durchgeführt. Entscheidend für eine effiziente Inaktivierung ist die Strahlungsdosis. Heßling et al. vermuten, dass eine Dosis von 0,0037 J/cm² benötigt wird, um 90 % der Viren zu inaktivieren. Hamzavi et al. [92] berichten von einer benötigten Dosis von 1 J/cm², um 99,9 % der Viren auf Atemschutzmasken zu inaktivieren. Während sich mithilfe von UV-Bestrahlung auf Filtern abgeschiedene Viren also effizient inaktivieren lassen, ist derzeit unklar, ob sich die Erkenntnisse auf luftgetragene Viren übertragen lassen. Zudem birgt die Methode potenzielle Risiken: UV-Strahlen führen bei direkter Bestrahlung zu einer Schädigung der menschlichen Haut. Darüber hinaus kann die UV-Bestrahlung zur Bildung von Ozon in der Raumluft führen. Entsprechend sollten derartige Verfahren nicht angewendet werden, wenn sich Personen im Raum befinden, die gegenüber der UV-Strahlung bzw. dem Ozon exponiert werden könnten.

Es sollte stets kritisch geprüft werden, welchen Nachweis die Hersteller zur Wirksamkeit ihrer Luftreiniger erbringen. Gängige Prüfnormen für Luftreiniger wie die chinesische GB/T 18801:2015 oder die US-amerikanische ANSI/AHAM AC-1:2015 beinhalten nämlich keine genormten Prüfmethoden, um die Effektivität der UV-Bestrahlung oder des Einsatzes von Ozon oder eines Plasma zu überprüfen. Eine europäische Prüfnorm für Luftreiniger existiert derzeit nicht. Eine internationale IEC Norm, welche die nationalen Normen ablösen soll, ist aktuell in Vorbereitung.

Die Effektivität von Luftreinigern wird meist über die Clean Air Delivery Rate (CADR) bewertet, die standardisiert über Abklingraten in einer Prüfkammer bestimmt wird [93]. Die CADR gibt an, wieviel Kubikmeter gereinigte Luft der Luftreiniger pro Stunde zur Verfügung stellt und entspricht somit dem Produkt von Filtereffizienz und Volumenstrom, den das Gerät umwälzt. Insbesondere bei Haushaltsgeräten ist jedoch meist nur die CADR bei höchster Lüfterstufe angegeben, die aufgrund der Geräuschentwicklung allerdings meist gar nicht oder nur kurz zur Anwendung kommt. Die entsprechenden Angaben zu niedrigeren Lüfterstufen sind bei diesen Geräten häufig nicht verfügbar. Zusätzlich zur manuellen Einstellung der Lüfterstufe verfügen viele Haushaltsluftreiniger über Automatikmodi, welche den Volumenstrom eigenständig basierend auf vom Gerät durchgeführten Partikelkonzentrationsmessungen regeln. Da bei typischer Partikelbelastung in Innenräumen die virenhaltigen Partikel nur einen kleinen Anteil der gesamten Partikel ausmachen und die verbauten Sensoren nicht zwischen virenhaltigen und virenfreien Partikeln unterscheiden können, sollte beim Einsatz von Luftreinigern zur Vermeidung von Infektionen der Automatikmodus nicht verwendet werden.

Entscheidend ist also nicht allein eine möglichst hohe Filtereffizienz, sondern stets die Kombination mit einem ausreichenden Luftumsatz. So kann beispielsweise mit einem H13-Filter mit 99,95 % Abscheideeffizienz die gleiche Reinigungsleistung (CADR) erzielt werden wie mit einem E11-Filter mit 95 % Abscheideeffizienz bei einem um etwa 5 % höheren Luftdurchsatz. Da der Druckverlust des H13-Filters jedoch typischerweise in etwa doppelt so hoch liegt wie für den E11-Filter [94], wird dafür etwa doppelt so viel elektrische Energie benötigt. Zudem ist der Aufbau des Luftreinigers mit einem H13-Filter aufwändiger und teurer. Bei Verwendung eines H14-Filters mit einer minimalen Effizienz von 99,995% fällt diese Bilanz noch ungünstiger aus. Die Verwendung von H13- und H14-Filtern bringt somit technisch keine Vorteile und ist weder wirtschaftlich noch energetisch sinnvoll. Ebenso kann es kontraproduktiv sein, bereits vorhandene Luftreiniger mit hocheffizienten Filtern nachzurüsten, wenn nämlich die Reduktion des Volumenstroms durch den höheren Druckverlust den Zugewinn an Filtereffizienz übersteigt und die CADR letztlich sogar sinkt [95]. Somit geht der Einsatz von hocheffizienten Filtern in Luftreinigern häufig zu Lasten von Energieeffizienz und Geräuschemissionen oder zu Lasten der Effektivität und ist somit nicht generell zu empfehlen. Ausnahmen können ggf. Luftreiniger sein, die in der direkten Nähe einer (potenziell) infizierten Person Luft absaugen und die gereinigte Luft wieder in den Raum zurückgeben. Auch existieren neuere Entwicklungen hocheffizienter H13-Filter aus PTFE-Membranen, die einen deutlich verringerten Druckverlust gegenüber herkömmlichen Vliesstofffiltern aufweisen, sodass auch mit einem H13-Filter hohe Luftdurchsätze erreicht werden können.

Für den Betrieb von Luftreinigern sind prinzipiell zwei Szenarien vorstellbar: Sind während des Betriebs Personen im Raum (z.B. während des Schulunterrichts oder Besprechungen), unter denen sich eine infizierte Person befindet, die Viren bzw. virenhaltige Partikel exhaliert, stellt sich unter der Annahme einer homogenen Verteilung6 mit der Zeit eine Gleichgewichtskonzentration an Viren im Raum ein [96]. Diese liegt umso niedriger, je höher die CADR des Luftreinigers ist, kann allerdings niemals bei exakt null liegen. Werden die Viren im Raum gleichmäßig verteilt, so ist die resultierende Gleichgewichtskonzentration nur von der Menge der exhalierten Viren (Quelle) und der pro Zeiteinheit entfernten Menge an Viren (Senke) abhängig. Letztere hängt nur von der CADR, nicht aber vom Raumvolumen ab. Kriegel et al. [97] errechneten, dass bei einer CADR von 750 m³/h das Infektionsrisiko pro Stunde Aufenthaltszeit in einem Raum mit einer infizierten Person auf 10 % reduziert werden kann. Das Infektionsrisiko wird also minimiert, aber andere Schutzmaßnahmen, wie das Lüften oder Tragen von Masken, dürfen keinesfalls vollständig vernachlässigt werden [98]. Zum anderen können Luftreiniger z. B. in Schulpausen oder zwischen Besprechungen ohne Belegung des Raumes eingesetzt werden, um eine vorhandene Ausgangskonzentration zu reduzieren. Dies geht umso schneller, je höher die Luftwechselrate7 ist. Diese ergibt sich als Quotient aus CADR und Raumvolumen. Die zuvor genannten Prüfnormen empfehlen etwa drei bis sechs Luftwechsel pro Stunde. Der höhere Wert wird auch aktuell im Kontext der COVID-19-Pandemie empfohlen [99]. Für einen 2,5 m hohen Raum mit einer Fläche von 20 m² (50 m³ Raumvolumen) würde entsprechend ein Luftreiniger mit einer CADR von 300 m³/h benötigt. Noch höhere Luftwechselraten bewirken prinzipiell eine noch schnellere Abnahme der Partikelkonzentration, sind jedoch wiederum mit höherem Energieverbrauch und Geräuschemissionen verbunden. Hier gilt es also stets einen für den jeweiligen Anwendungsfall geeigneten Kompromiss zu finden.

Bei der Positionierung von Luftreinigern im Raum sollte beachtet werden, dass diese die Raumluft frei ansaugen und die gereinigte Luft wieder frei in den Raum zurückblasen können, da die gereinigte Luft sonst nicht gleichmäßig im Raum verteilt werden kann [100]. Luftreiniger sollten entsprechend nicht hinter Gegenständen oder Möbeln oder nicht unter Tischen positioniert werden. Das Absinken der Aerosolkonzentration mit der Zeit hängt stark von den aerodynamischen Strömungsverhältnissen im betrachteten Raum, der Position des aufgestellten Gerätes im Raum und dessen Volumenstrom ab. In sehr großen Räumen können zudem Strömungshindernisse an der Decke die gleichmäßige Verteilung der Luft negativ beeinflussen [99]. Alternativ zu einem einzelnen Gerät mit hoher CADR können auch mehrere Geräte mit geringerer CADR verwendet werden [96], wobei darauf geachtet werden sollte, dass ein Gerät nicht direkt die ausgeblasene gereinigte Luft eines anderen Geräts ansaugt. Die Verwendung mehrerer Luftreiniger kann auch dazu führen, dass die exhalierte Luft einzelner Personen direkter abgesaugt und eine Verteilung der Viren im Raum verringert wird.

5.3 Effektivität von Lüftungsanlagen

Im Gegensatz zu mobilen Luftreinigern sind Lüftungsanlagen fest in Gebäuden installierte Einrichtungen, um die Luftqualität in Innenräumen zu verbessern. Häufig werden diese auch als raumlufttechnische (RLT-) Anlagen bezeichnet. Je nach Ausführung können RLT-Anlagen als reine Frischluft- oder Umluftanlagen oder als Kombination daraus konzipiert sein. Im Falle einer reinen Umluftanlage ist für die Effektivität der Luftreinigung immer die Kombination aus Volumenstrom und verwendetem Filter relevant (wie beim Luftreiniger), wohingegen für reine Frischluftanlagen die Effizienz des Filters von größerer Bedeutung ist, da die Luft diesen nur einmal passiert und die gereinigte Luft dann die Innenraumluft verdrängt. Dies gilt jedoch nur für die allgemeinen Luftschadstoffe. Wird hingegen die Virenkonzentration in der Außenluft als vernachlässigbar angesehen, dann spielt die Auswahl des Filters für die Reduktion der Virenlast in einem Raum mit Frischluftanlage keine Rolle. Frischluftanlagen haben den Vorteil, dass im Innenraum emittierte Gase, wie z. B. ausgeatmetes Kohlendioxid, aus dem Raum entfernt werden. Allerdings sind reine Frischluftanlagen energetisch ungünstiger, da von außen angesaugte Luft auf die Innenraumbedingungen, z. B. in einem Wärmetauscher, temperiert werden muss [101].

In RLT-Anlagen verwendete Filter werden gemäß der internationalen Norm ISO 16890 geprüft und klassifiziert. Diese Klassifizierung in die Filtergruppen ISO ePM1, ISO ePM2,5 und ISO ePM10 sowie ISO Coarse zielt im Wesentlichen auf die Abscheideeffizienz für verschiedene Feinstaubfraktionen einer typischen städtischen oder ländlichen Außenluft ab. Als ePMx klassierte Filter müssen für die jeweilige Feinstaubfraktion einen Mindestabscheidegrad von 50 % aufweisen. Der in Normtests bestimmte Abscheidegrad wird der jeweiligen Filterklasse hinzugefügt. Ein RLT-Filter der Klasse „ISO ePM2,5 65 %“ scheidet entsprechend mindestens 65 % von PM2,5 ab. Da für RLT-Anlagen häufig Elektretfilter verwendet werden, bezieht sich die Angabe der Mindesteffizienz immer auf den Mittelwert des geladenen und ungeladenen Filters.

Häufig wird eine Kombination aus einem ISO Coarse und einem höher effizienten Filter verwendet, wobei der Grobstaubfilter dem Schutz des Feinfilters dient. Für die Versorgung von Räumen mit besonders hohen Ansprüchen an die Luftqualität, z. B. Reinräume oder OP-Säle, können anstelle der ISO ePM Filter auch EPA (E10 – E12), HEPA (H13 oder H14) oder ULPA (U15 – U17) Filter gemäß der Normen EN 1822–1 und ISO 29463 eingesetzt werden, deren Verwendung aber aufgrund des bei gleichem Luftdurchsatz höheren Strömungswiderstands immer mit einem erhöhten Energiebedarf einhergeht.

Im Rahmen der derzeitigen COVID-19-Pandemie kommt Lüftungsanlagen eine besondere Bedeutung zu. Es ist bereits seit einiger Zeit bekannt, dass es durch den Umluftbetrieb einer Lüftungsanlage bei nicht ausreichender Filterung zu einer Anreicherung von Pathogenen im Innenraum kommen kann [102]. Im Frühjahr 2020 hatte sich bei den Ausbrüchen von COVID-19-Erkrankungen in der westfälischen Fleischindustrie genau dieses Szenario gezeigt, da die Luft zur Kühlung im Umluftbetrieb ohne Filterung umgewälzt wurde [103]. Auch der Ausbruch in einem Restaurant in Guangzhou, China wird auf die Umwälzung der Luft durch eine Klimaanlage ohne Filterung zurückgeführt [104]. Ebenso wird vermutet, dass sich auf dem Kreuzfahrtschiff Diamond Princess das Coronavirus über die Lüftungsanlage mit unzureichender Filterung verbreitet und zu hohen Infektionszahlen geführt hat, obwohl sich die Passagiere in ihren Kabinen in Quarantäne befanden [105].

Basierend auf diesen Erkenntnissen wird mittlerweile generell von der Verwendung des Umluftbetriebs abgeraten und stattdessen die Zufuhr von 100 % Frischluft mit möglichst hohem Volumenstrom und Wärmeaustausch empfohlen [1]. Die deutsche Bundesregierung hat dementsprechend am 20.10.2020 ein Förderprogramm gestartet, in dem insgesamt 500 Millionen Euro für die Um- und Aufrüstung raumlufttechnischer Anlagen in öffentlichen Gebäuden und Versammlungsstätten bereitgestellt werden [106]. Der Umbau von Umluft- in Zuluftanlagen wird hierin explizit erwünscht. Aus Sicht der GAeF sind diese Maßnahmen sinnvoll, jedoch sollte bei dem Betrieb der Anlagen und bei der Auswahl der Filter Augenmaß bewiesen werden. Die Einbringung von Viren oder anderen Pathogenen mit der Außenluft ist unwahrscheinlich, sodass die Verwendung von hocheffizienten, z. B. H13- oder H14-Filtern nicht notwendig ist und unter Gesichtspunkten der Energieeinsparung und des Klimaschutzes davon abgesehen werden sollte. Im Umluftbetrieb muss unterschieden werden, ob die Anlage einen einzelnen Raum oder mehrere Räume versorgt. Für einen einzelnen Raum ist die Verwendung eines hocheffizienten Filters nicht nötig (s. Argumentation bezüglich Luftreinigern in Kapitel 5.2). Versorgt die Anlage hingegen mehrere Räume, dann kann die Verwendung hocheffizienter Filter sinnvoll sein, um die mögliche Verbreitung von Viren aus einem Raum in weitere Räume zu verhindern. In Krankenhäusern gibt es beispielsweise zumeist eine zweistufige Filtration. In der ersten Stufe werden dort üblicherweise vor allem grobe Partikel abgeschieden. Für alle sensible Zonen wie beispielsweise Operationssäle und Isolierzimmer gibt es dann eine zweite Stufe mit strengeren Anforderungen, bei denen Filter mit höherer Effizienz für kleinere Partikel zum Einsatz kommen.

Eine kürzlich vom Max-Planck-Institut für Chemie in Mainz entwickelte Abluftanlage für Klassenräume, die mit recht einfachen Mitteln selbst hergestellt werden kann, sieht die Absaugung der Luft über den Köpfen der Schüler vor, da die ausgeatmete Luft aufgrund von Thermik ohnehin nach oben steigt [107]. Eine vergleichbare Absaugung könnte auch bei herkömmlichen Lüftungsanlagen sinnvoll sein. Die Frischluftzufuhr erfolgt direkt mit Außenluft. Mit diesem Konzept wurden bei etwa zwei Luftwechseln pro Stunde sehr gute Werte für die Absaugung von eingebrachten Testpartikeln mit simulierter Wärmekonvektion am Ort der Erzeugung erreicht [78].

Generell gilt für Lüftungsanlagen, dass sie regelmäßig gewartet und Filter ausgetauscht werden müssen. Eine Kontrolle der Filter erfolgt in der Regel nur über den Druckverlust der Filter. Im Falle von Elektretfiltern ist jedoch der Druckverlust ggf. nicht das richtige Maß für einen Filterwechsel, sondern eher der Verlust der Filtereffizienz. Eine permanente Kontrolle der Filtereffizienz lässt sich ggf. über seit einigen Jahren verfügbare kostengünstige Staubsensoren [108] realisieren, ist aber derzeit nicht Stand der Technik. Insbesondere für große Lüftungsanlagen, die von vielen Menschen genutzte Räumlichkeiten wie Hotels, Messezentren oder Hörsäle versorgen ist eine solche Entwicklung wünschenswert.

6. Wirksamkeit von Masken

Das Bundesinstitut für Arzneimittel und Medizinprodukte (BfArM) unterteilt Masken prinzipiell in drei Kategorien [109]:

1. Partikelfiltrierende Halbmasken, zu denen Atemschutzmasken der Schutzstufen FFP1, FFP2 und FFP3 zählen, aber auch denen äquivalente Halbmasken z.B. KN95 aus China und N95 aus den USA
2. Medizinische Gesichtsmasken der Klassen Typ I, Typ II und Typ IIR, hierzu zählen Mund-Nasenschutze und OP-Masken;
3. Mund-Nasen-Bedeckungen, zu denen sogenannte Alltags-, Stoff-Bal oder Community-Masken zählen.

Die für partikelfiltrierende Halbmasken und medizinische Gesichtsmasken geltenden Normen sind in Tabelle 1 mit den wichtigsten Prüfbedingungen aufgeführt. Für Mund-Nase-Bedeckungen (Community-Masken) existieren bislang keine Prüfnormen, sondern nur Vorschläge aus verschiedenen Normungsgremien. Eine Auswahl ist ebenfalls in Tabelle 1 aufgeführt.

Die Verwendung einer Mund-Nasen-Bedeckung wird derzeit in vielen Bereichen empfohlen und ist z. B. in den meisten europäischen Ländern bei Benutzung des öffentlichen Personenverkehrs und in vielen Ländern, z. B. in Deutschland und Österreich (mit Unterbrechungen) seit dem Frühjahr 2020 auch bei Betreten eines Geschäfts verpflichtend. Bei sachgemäßer und großflächiger Verwendung geeigneter Masken können sie effektiv die Verbreitung von Viren über die Luft eindämmen [110, 111, 112, 113]. In der Bevölkerung besteht dennoch ein großes Bedürfnis nach mehr Aufklärung, welcher Maskentyp wie gut vor der Übertragung des Virus schützt. Gegenwärtig stehen der Bevölkerung die drei oben aufgeführten Maskentypen zum Schutz vor virenhaltigen Partikeln zur Verfügung. Die Partikelabscheidung in Masken ist dabei nur von der Partikelgröße abhängig (s. Abbildung 4), nicht aber davon, ob es sich um biologisch aktive oder inaktive Partikel handelt [114]. Hier gilt zu beachten, dass frisch ausgeatmetes Aerosol aufgrund der höheren Luftfeuchtigkeit u. U. eine andere Größenverteilung aufweist, als Umgebungsaerosol. Es ist folglich wichtig, nicht nur den Eigenschutz durch die einzelne Maske sondern auch den Fremdschutz zu betrachten.

Allgemein gilt, dass jede Maske besser als keine Maske ist, insbesondere hinsichtlich des Fremdschutzes, also des Schutzes der Mitmenschen [115]. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die Masken zwar im Wesentlichen dazu dienen, potenziell virenbeladene Partikel beim Ausatmen zurückzuhalten. Sie bieten aber auch einen gewissen Selbstschutz beim Einatmen, auch wenn dieser in der Regel deutlich geringer ausfällt, da die flüssigen Partikel zwischen dem Aus- und Einatmen schrumpfen. Um einen weitgehenden Schutz beim Zusammentreffen mehrerer Personen zu gewährleisten, ist es von großer Bedeutung, dass alle eine möglichst effiziente Maske verwenden und sie richtig, d.h. möglichst dicht über Mund und Nase sitzend tragen. Abbildung 6 zeigt die Abscheideeffizienzen einer FFP2-, zweier medizinischer Typ II Masken und einiger Stoffmasken. Man erkennt, dass eine FFP2-Maske die höchste und die Stoffmasken die geringste Effizienz zeigen. Die beiden Typ II Masken verhalten sich für Partikel, die kleiner als 0,3 µm sind, sehr unterschiedlich. Für mikrometergroße Partikel hingegen sind diese Masken sehr effizient. Stoffmasken hingegen zeigen erst aber einer Partikelgröße von mehreren Mikrometern hohe Abscheidegrade.

Um sich selbst effektiv vor Viren zu schützen, muss die Maske indes zwingend feine Partikel gut filtern und darüber hinaus auch dicht sitzen. Gleichzeitig gilt, dass Masken keine Allheilmittel sind, sondern immer mindestens die AHA-Regeln zu befolgen sind, zu denen auch das Abstand halten und die üblichen Hygienemaßnahmen zählen. Ferner ist darauf zu achten, die Maske nach Möglichkeit auch beim Abnehmen nicht zu berühren, da sich sonst ggf. Viren an die Hände gelangen per Schmierinfektion weiterverbreitet werden.

Zusätzlich existieren Gesichtsvisiere (engl. Face Shields), die aber keinerlei Filterwirkung haben und nur Partikel ab einer Größe von mehreren Mikrometern, die z. B. beim Husten oder Niesen mit hoher Geschwindigkeit ausgestoßen werden, durch Impaktion abhalten. Kleinere Partikel werden hingegen nur unzulänglich oder gar nicht zurückgehalten [116]. Gesichtsvisiere dienen nur als Spuck- und Spritzschutz gegenüber großen Tröpfchen. Empfohlen werden diese Visiere daher nur als zusätzliche Maßnahme z. B. für medizinisches und Pflegepersonal, um die eigenen Augen vor ggf. infektiösen großen Tröpfchen zu schützen [117, 118]. Eine vergleichbare Wirkung könnte auch mit einer Schutzbrille erreicht werden.

6.1 Partikelfiltrierende Halbmasken

Partikelfiltrierende Halbmasken kommen aus dem Bereich des Arbeitsschutzes und stehen z. B. dem medizinischen Personal für dessen Arbeit zur Verfügung. Sie dienen zum Selbstschutz vor der Inhalation schädlicher Partikel, wobei das je nach Schutzstufe von Grobstaub bis hin zu ultrafeinen Partikeln reicht [119]. Entsprechend zertifizierte Masken müssen strenge Prüfnormen erfüllen, die unterschiedliche Prüfaerosole vorsehen (s. Tabelle 1). Viren wie SARS-CoV-2 schweben nicht als freie Partikel durch die Luft, sondern stets mit einer Hülle aus Lungenflüssigkeit, Speichel und/oder Schleim als exhalierte Tröpfchen [120]. Auch wenn diese Hülle über die Zeit durch Verdunstung schrumpft, kann das Virus sie nicht ganz freilegen, auch nicht bei geringer relativer Luftfeuchtigkeit. Der Durchmesser dieser Tröpfchen ist also weit größer (s. Kapitel 4) als der Durchmesser des Virus und ebenfalls größer als der Mediandurchmesser des durch die Normen vorgeschriebenen Prüfaerosols. Daher ist davon auszugehen, dass die tatsächliche Filtrationseffizienz für diese Partikel sogar noch um einiges höher ist als die bei der MPPS der jeweils gültigen Norm.

Wichtig ist in jedem Fall, dass partikelfiltrierende Halbmasken über ein gültiges Zertifikat verfügen. Hersteller von FFP-Halbmasken müssen ihre Produkte gemäß der verbindlichen EN 149:2001+ A1:2009 Norm testen lassen, bevor sie auf den europäischen Markt gebracht werden. Zum Nachweis der Konformität mit der Norm dürfen nur Prüfanlagen verwendet werden, die alle Anforderungen dieser Norm auch vollständig erfüllen. Das ist wichtig, da aufgrund der im Frühling 2020 aufgetretenen Maskenknappheit viele falsch deklarierte bzw. komplett gefälschte Produkte auf dem Markt existieren, die nicht den angegebenen Schutz bieten. Der Anwender erkennt eine geprüfte und zugelassene Maske am CE Zeichen, an der darauffolgenden vierstelligen Notified Body Number (NBnr) des Prüflabors und der Nennung der angewandten Norm, z. B. EN 149:2001 auf dem Produkt und der Verpackung. Eine Aufstellung falsch bezeichneter Masken wurde von der amerikanischen Seuchenschutzbehörde CDC auf deren Webseite veröffentlicht (https://www.cdc.gov/niosh/npptl/usernotices/counterfeitResp.html).

Selbst beste Atemschutzmasken mit hoher Abscheideeffizienz bieten aber nur dann einen guten Selbstschutz vor virenhaltigen Partikeln, wenn es einen nichtdurchlässigen Kontakt zwischen der Haut des sie Tragenden und der Maske gibt. Die Gesichter der Menschen unterscheiden sich aber erheblich z. B. in ihrer Form, Größe und dem Nasentypen. Daraus folgt, dass nicht jede Atemschutzmaske auch bei jedem Menschen dicht sitzt und einen ausreichenden Schutz bietet [121]. Dazu kommt, dass es auch in jeder Schutzstufe viele Modelle mit ganz unterschiedlichen Schnitten, Formen und Größen gibt. Eine schlechte Passform und ein unzureichender Dichtsitz verringert den Schutz des Tragenden aber erheblich und kann der Auslöser sein, dass man trotz zertifizierter Maske mit hoher Abscheideeffizienz erkranken kann. Zur Überprüfung des Dichtsitzes der Masken gibt es mittlerweile den ISO-Standard 16975–3. In einigen Ländern wie Großbritannien oder den USA ist daher eine verpflichtende Dichtsitzprüfung für alle Arbeitnehmer vorgeschrieben, die eine Atemschutzmaske beruflich tragen müssen, z.B. im Krankenhaus oder in der Pflege. Nur eine Dichtsitzprüfung kann überprüfen, ob ein bestimmtes Modell und eine bestimmte Größe der Maske mit dem individuellen Gesicht des Trägers übereinstimmen und diese zum Eigenschutz tatsächlich verwendet werden kann. Hierzu werden speziell angepasste aerosolmesstechnische Verfahren eingesetzt. Voraussetzung für das Bestehen dieser Prüfung ist ein richtiges Anlegen der Maske, das richtige Andrücken der Nasenklammer und die passende Auswahl der Maskenform und Größe. Exemplarisch soll hier auf die nationale Vorschrift für die Dichtsitzprüfung für Atemschutzgeräte der britischen Aufsichtsbehörde HSE verwiesen werden, die in der Richtlinie INDG479 festgelegt ist [122]. Zur weitläufigen Implementierung wurde dort in Zusammenarbeit von Interessengruppen mit der HSE zudem das Akkreditierungsprogramm „Fit2Fit“ (https://www.fit2fit.org/) als Nachweis der Kompetenz von Anbietern von Dichtsitzprüfungen entwickelt, das einen besonders hohen Sicherheitsstandard garantiert.

Einige Atemschutzmasken haben ein Ventil zum leichteren Ausatmen. Sie filtern die Luft beim Ausatmen nicht und tragen daher zur Virenverbreitung bei. Die Ventile sind zwar so gestaltet, dass die exhalierte Luft nach unten abgeleitet wird [123], allerdings können kleine Partikel dennoch z. B. durch turbulente Strömung oder die Brownsche Molekularbewegung über lange Zeit in der Luft verweilen. Masken mit Ausatemventil sind für den Fremdschutz ungeeignet und sollten daher im Rahmen der Pandemiebekämpfung nicht verwendet werden. 

Zwar wird bei der üblichen Nutzung im Rahmen des Infektionsschutzes die maximale Staubspeicherkapazität der Masken typischerweise nicht erreicht. Dennoch ist, unabhängig von einer möglichen Kontamination der Maske, die Nutzungsdauer der Masken begrenzt, da diese in der Regel aus Elektretfiltermaterial hergestellt sind [75]. Entsprechend ist auf der Verpackung von Atemschutzmasken häufig auch ein Verfallsdatum für die maximale Lagerdauer angegeben. Beim Tragen reduziert sich die Filtereffizienz mit der Zeit, da das Filtermaterial z. B. durch die Feuchtigkeit der ausgeatmeten Luft, seine elektrische Ladung verliert. Gleichzeitig können diese Masken nicht wiederverwendet werden, da die hohe Effizienz der Maske bei gleichzeitig niedrigem Atemwiderstand nur durch das Elektretmaterial erreicht wird. Grinshpun et al. fanden zudem, dass die Filtereffizienz durch eine Sterilisation von Masken sowohl im Autoklaven als auch mit einer Ethanol-Lösung deutlich nachließ und zudem der Atemwiderstand stieg [124].

6.2 Medizinische Gesichtsmasken

Diese Einwegmasken kommen aus dem medizinischen Bereich und unterliegen dem Medizinproduktegesetz. Hygienemasken vom „Typ II“ oder „Typ IIR“ müssen gemäß EN 14683 eine bakterielle Mindestfilterwirkung von 98 % erzielen, eine vom „Typ I“ von 95 % (s. Tabelle 1). Da Bakterien gegenüber Viren vergleichsweise groß sind (mehrere Mikrometer im Durchmesser), ist bei den Hygienemasken die Filterleistung für feine Partikel, z. B. Viren, häufig geringer als bei Atemschutzmasken. Zudem schließen diese Masken nicht dicht am Gesicht ab, sodass beim Atmen Leckageströmungen entstehen, die nicht gefiltert werden. Die Auswirkung dieser Leckageströmungen ist bei den Abscheidekurven in Abbildung 6 nicht berücksichtigt, da diese Messungen mit dichten Filterhaltern durchgeführt wurden.

Werden durch Niesen oder Husten mikrometergroße virenhaltige Tröpfchen ausgestoßen, so halten Hygienemasken einen relativ großen Anteil dieser zurück, sodass ein entsprechender Fremdschutz gewährleistet wird. Sie tragen somit dazu bei, dass das Infektionsrisiko für Personen in der Umgebung sinkt. Milton et al. [42] untersuchten in einer Studie mit 37 mit Influenza infizierten Patienten, ob Atemmasken Partikel, die beim Husten entstehen, zurückhalten. Dies gelang für die grobe Aerosolpartikelfraktion (hier definiert als 5 µm) recht gut, denn nur bei 4 von 37 Patienten war noch Virusmaterial nachzuweisen, wenn die Patienten OP-Masken trugen. Für die feine Aerosolpartikelfraktion traf dies hingegen nicht zu. Bei 29 der 37 Patienten fand man auch mit Atemmaske noch Viren. Die exhalierte Virenmenge konnte durch das Tragen einer OP-Maske aber immerhin um 55 % reduziert werden. Darüber hinaus wird durch das Tragen einer Maske insbesondere beim Husten oder Niesen der Luftstrom über eine größere Fläche verteilt und die Geschwindigkeit der exhalierten Partikel und deren Reichweite verringert sich. Ein guter Sitz der Maske auf dem Gesicht, d.h. über Mund und Nase, ist dabei entscheidend.

6.3 Mund-Nasen-Bedeckungen

Mund-Nase-Bedeckungen sind Stoffmasken, die auch als Community- oder Alltagsmasken bezeichnet werden und bestehen aus einer oder mehreren Textillagen mit in der Regel nicht spezifizierten Filtereigenschaften. Die Masken können mehrfach verwendet werden und sind z.T. waschbar. Messungen der Filtrationseffizienz an verschiedenen kommerziell erhältlichen Stoffmasken zeigen ein uneinheitliches Bild: Nur wenige Produkte weisen eine vergleichbare oder höhere Effizienz auf als Hygienemasken, während andere Stoffmasken kleinere Partikel zwischen 0,1 und 0,5 µm in hohem Maße durchlassen [125, 126]. Erst bei sehr kleinen Partikeln ( 0,1 µm) wird die Filtereffizienz auch bei diesen Stoffen, aufgrund der Diffusionsabscheidung wieder besser (s. Kapitel 5.1). Drewnick et al. [126] untersuchten die Eignung unterschiedlicher Materialien, die sich im Haushalt finden lassen, als Filtermedien für Alltagsmasken. Von den untersuchten textilen Materialien zeigte Seide die niedrigste und 2-lagiger Trikotstoff die höchste Effizienz. Der zweilagige Trikotstoff erreichte bei einer Partikelgröße von 1 µm eine Abscheideeffizienz von etwa 75%. Die Autoren testeten auch das Material eines Staubsaugerbeutels, das die mit Abstand höchste Effizienz aufwies, im MPPS bei ca. 0,1 µm von 90%.

Die Effizienz von Stoffmasken lässt sich vom Käufer in der Regel nicht beurteilen. Generell gilt aber, dass zwei- oder mehrlagige Masken eine höhere Partikelabscheidung zeigen als einlagige Masken, dichtere Stoffe besser Partikel abscheiden als losere Materialien, und vliesartige Stoffe ein besseres Abscheideverhalten zeigen als gewebte Stoffe. Da dünnere, lockere Materialien jedoch einen geringeren Atemwiderstand zeigen, können durch Erhöhung der Anzahl der Stofflagen die Unterschiede zwischen den Materialien zum großen Teil ausgeglichen werden, sodass Abscheidewerte von OP-Masken erreicht werden können [126, 25].

Derzeit existieren keine gültigen Normen, wie Stoffmasken zu testen und zu klassifizieren sind. In der Schweiz [127] und in Italien [128, 129] wurden allerdings Initiativen gestartet, mit denen dieser Missstand behoben werden soll. Die französische Normungsbehörde AFNOR empfiehlt zudem, Stoffmasken in Anlehnung an EN149 in Verbindung mit EN 13274–7:2019, d.h. vergleichbar zu FFP Masken zu testen [130]. Auf europäischer Ebene existiert der Konsens eines Workshops (CWA 17553) der europäischen Normungsbehörde CEN, wie Stoffmasken zu testen seien [131]. Die Kriterien dieser Vorgaben sind in Tabelle 1 aufgeführt.

7. Aktueller Forschungsbedarf

Aus Sicht der Gesellschaft für Aerosolforschung herrscht akuter Forschungsbedarf, um das Infektionsgeschehen über den Aerosolpfad einerseits besser zu verstehen und andererseits aus dem gesteigerten Verständnis verbesserte Maßnahmen zur Eindämmung der Pandemie und zum Schutz der Bevölkerung vor der Pandemie ergreifen zu können. Viele dieser Forschungsfelder erfordern ein konzertiertes Zusammenwirken der verschiedenen involvierten wissenschaftlichen Disziplinen.

Die drängendsten offenen Forschungsfragen sind aus Sicht der GAeF:

• Kooperationen zwischen den Aerosolforschungsbereichen und der medizinisch-epidemiologischen Forschung, sowie der Lüftungstechnik und der Strömungsmechanik sollten gefördert werden, um die Expertise aus allen Bereichen bestmöglich zu kombinieren.
• Im Zuge dieser Kooperationen ist neben der Bewältigung der Folgen der Pandemie die parallele Erforschung der Übertragungswege entscheidend, da nur in einer pandemischen Situation „in situ“ geforscht werden kann.
• Da die Partikelgrößenverteilung für nahezu alle Bereiche des Übertragungsgeschehens relevant ist, sollte diese durch geeignete Messmethoden besser erfasst werden und beeinflussende Parameter (z.B. relative Luftfeuchtigkeit und Temperatur der Umgebung) zwingend miterfasst werden. Diese Daten stellen eine wichtige Grundlage für die computergestütze Modellierung des Infektionsgeschehens dar.
• Für die Forschung in der Zeit nach der Pandemie müssen geeignete Modellsysteme gefunden und die Übertragbarkeit von Ergebnissen mit verschiedenen Virenstämmen erforscht werden.
• Als Symptom und Spätfolge einer Covid-19 Erkrankung wird häufig von Atemwegsproblemen und reduziertem Lungenvolumen berichtet. Der Einfluss der Luftverschmutzung auf diese Symptome und den generellen Krankheitsverlauf muss näher erforscht werden.
• Gestützt werden sollte dies durch den Einsatz von theoretischen Simulationsmodellen und begleitenden Modellexperimenten zur Ausbreitung und Übertragung von aerosolgetragenen Viren und weiteren aerosolgetragenen Krankheitserregern zur Evaluation möglicher Schutz-, Hygiene-, Lüftungs- und Luftreinigungsmaßnahmen.
• Mehr Erkenntnisse über die „akute Phase“ mit der höchsten Aerosolproduktion sowie höchsten Virenproduktion würden helfen Quarantänemaßnahmen besser anzupassen.
• Die Dauer der Infektiosität aerosolgetragener Viren und weiteren aerosolgetragenen Krankheitserregern ist bisher nicht hinreichend erforscht. Hierzu ist vermutlich auch die Entwicklung neuer Methoden nötig, um insbesondere die Infektiosität im Vergleich zu anderen Übertragungswegen beurteilen zu können. Letzteres schließt auch die Frage nach für Infektion minimal notwendigen Virendosen ein.
• Die Wirksamkeit von UV-Strahlung gegenüber luftgetragenen Viren ist bisher kaum erforscht. Insbesondere fehlen Informationen zur benötigten Exposition (Intensität × Expositionszeit) zur Inaktivierung luftgetragener Viren. Dies ist insbesondere wichtig im Kontext von Luftreinigern oder Lüftungsanlagen ohne abscheidende Filter, wo in der Regel nur sehr kurze Verweilzeiten herrschen. Zudem existieren bisher keine Möglichkeiten, dies in realem Maßstab zu testen.
• Lüftungskonzepte, insbesondere für Schulen aber auch für andere öffentliche Gebäude und Versammlungsstätten müssen unter wissenschaftlichen Gesichtspunkten, auch im Hinblick auf andere über Aerosol übertragbare Krankheiten, evaluiert werden um volkswirtschaftlichen Schaden zu minimieren. Dabei gilt es auch Aspekte der Energieeffizienz und entsprechend des Klimaschutzes mit zu berücksichtigen.
• Mögliche Nebenprodukte von Luftreinigungssystemen wie Ozon oder flüchtige organische Verbindungen und ihre Wirkung auf die sekundäre Aerosolbildung in Innenräumen sollten sowohl experimentell in Laborstudien, als auch in realen Innenräumen untersucht werden.
• Die Luftqualität in Innenräumen im Allgemeinen ist neben der Außenluftqualitätsüberwachung ein wichtiges und zu stärkendes Forschungsfeld, da Menschen einen Großteil (in Europa typischerweise über 90 %) ihrer Zeit in Innenräumen verbringen.
• Systematische Untersuchungen zum Dichtsitz von Masken sämtlicher Maskentypen, insbesondere beim Ausatmen, und unter realistischen Bedingungen, fehlen bisher weitgehend.
• Um diese und weitere Forschungsthemen zeitnah und möglichst umfassend bearbeiten zu können, sollten die bereits unternommenen Anstrengungen ausgeweitet werden und kurzfristig Forschungsmittel zur Verfügung gestellt werden. Die Vergabe dieser Forschungsmittel sollte insbesondere auch an den interdisziplinären Fragestellungen ansetzen, mit dem Ziel einen kongruenten und fortlaufenden Maßnahmenkatalog für künftige Pandemie-Situationen entwickeln zu können. Gemessen an den globalen wirtschaftlichen Verlusten der derzeitigen Pandemie sollte deutlich werden, welchen Vorteil früh und breit angelegte wissenschaftliche Studien für die Zukunft bieten können.

8. Autoren und Unterzeichner

Dieses Positionspapier der Gesellschaft für Aerosolforschung wurde federführend von den folgenden Autoren verfasst:

Dr. Christof Asbach, Institut für Energie- und Umwelttechnik e. V. (IUTA), Duisburg, Deutschland; Präsident der GAeF Prof. Dr. Andreas Held, Technische Universität Berlin, Deutschland; stellv. Präsident der GAeF Prof. Dr. Astrid Kiendler-Scharr, IEK-8: Troposphäre, Forschungszentrum Jülich GmbH, Jülich, Deutschland; ehemalige GAeF-Präsidentin Dr. Gerhard Scheuch, GS-Bio-Inhalation GmbH, Gemünden, Deutschland Prof. Dr. Hans-Joachim Schmid, Universität Paderborn, Deutschland Dr. Sebastian Schmitt, TSI GmbH, Aachen; Kassenführer der GAeF Dr. Stefan Schumacher, Institut für Energie- und Umwelttechnik e. V. (IUTA), Duisburg, Deutschland Dr. Birgit Wehner, Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (Tropos), Leipzig, Deutschland; Generalsekretärin der GAeF Prof. Dr. Ernest Weingartner, Fachhochschule Nordwestschweiz, Windisch, Schweiz Prof. Dr. Bernadett Weinzierl, Universität Wien, Österreich; ehemalige stellvertretende GAeF-Präsidentin

Das Papier wurde allen Mitgliedern der Gesellschaft für Aerosolforschung vor der Veröffentlichung zur Kenntnisnahme und Kommentierung auf Deutsch und Englisch zur Verfügung gestellt. Folgende Experten auf dem Gebiet der Aerosolforschung unterstützen dieses Papier.
Mit * gekennzeichnete Personen haben durch Kommentierung und Ergänzung zum Papier beigetragen:

Prof. Dr. Urs Baltensperger, Paul Scherrer Institut, Villigen PSI, Schweiz Dr. Sébastien Bau*, Institut national de recherche et de sécurité (INRS), Nancy, Frankreich Dr. Paulus Bauer*, Universität Wien, Österreich Daniel Becker*, Georg-August-Universität Göttingen, Göttingen, Deutschland Klaus Beckert, ENVILYSE GmbH, Essen, Deutschland Nicholas Beres, Universität Wien, Österreich Dr. Bernd Benker*, CUTEC – Clausthaler Umwelttechnik Forschungszentrum, Clausthal-Zellerfeld, Deutschland Oliver F. Bischof*, TSI GmbH, Aachen und IEK-8: Troposphäre, Forschungszentrum Jülich, Deutschland Dr.-habil. Andrei Bologa, Karlsruher Institut für Technologie, Eggenstein-Leopoldshafen, Deutschland Dr. Harald Bresch*, Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung, Berlin, Deutschland Dr. Ulrich Bundke, IEK-8: Troposphäre, Forschungszentrum Jülich, Deutschland Dr. Julia Burkart, Universität Wien, Österreich Prof. Dr. Heinz Burtscher*, Fachhochschule Nordwestschweiz, Windisch, Schweiz Dr. Ana Isabel Calvo Gordaliza, Universidad de León, Spanien Prof. Dr. Jose L. Castillo*, UNED-Facultad de Ciencias, Madrid, Spanien Prof. Dr. Daren Chen, Virginia Commonwealth University, Richmond, VA, USA Gang Chen, Paul Scherrer Institut, Villigen PSI, Schweiz Dr. Charles Clement*, University College London, UK Dr. Martine Collaud Coen, Meteoswiss, Payerne, Schweiz Dr. José Carlos Morán Cofre*, Normandie Université, UNIROUEN, INSA Rouen, CNRS, CORIA, Rouen, Frankreich Dr. Guy Coulson, National Institute of Water and Atmospheric Research, Auckland, Neuseeland Prof. Dr. Joachim Curtius*, Goethe-Universität Frankfurt am Main, Deutschland Dr. Florian Dahlkötter, TSI GmbH, Aachen, Deutschland Dr. Carmen Dameto, Universität Wien, Wien, Österreich Prof. Dr. Knut Deppert, Lund University, Lund, Schweden Dr. Karoline Diehl, Johannes Gutenberg-Universität, Mainz, Deutschland Prof. Dr. Mohamed Diouri*, Université Mohamed Premier, Oujda, Marokko Dr. Florian Ditas, Hessisches Landesamt für Naturschutz, Umwelt und Geologie (HLNUG), Wiesbaden, Deutschland Dr. Jeannine Ditas, Deutscher Wetterdienst, Offenbach, Deutschland Prof. Dr. Achim Dittler*, Karlsruher Institut für Technologie, Karlsruhe, Deutschland Maximilian Dollner*, Universität Wien, Wien, Österreich Dr. Yannis Drossinos*, Joint Research Center, Europäische Kommission, Ispra, Italien Prof. Dr. Derek Dunn-Rankin, University of California, Irvine, CA, USA Prof. Dr. Uli Dusek, Energy and Sustainability Research Institute, Groningen, Niederlande Sebastian Düsing, Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (Tropos), Leipzig, Deutschland Prof. Dr. Paulo Fialho, Institute for Volcanology and Risk Assessment, University of the Azores, Portugal Prof. Dr. Heinz Fissan, Universität Duisburg-Essen, Duisburg, Deutschland Prof. Dr. Mathias Forjan*, Fachhochschule Technikum Wien, Österreich Prof. Dr. Roberto Fraile, Universidad de León, Spanien Dr. Andrew Freedman, Aerodyne Research, Inc., Billerica MA, USA Dr. Franz Friebel, Eidgenössische Technische Hochschule, Zürich, Schweiz Pedro L. Garcia-Ybarra*, Universidad Nacional de Educacion a Distancia Senda del Rey 9, Madrid, Spanien Dr. Josef Gasteiger*, Universität Wien, Österreich Prof. Dr. Michael J. Gatari, University of Nairobi, Kenia Dr. Georgios Gkatzelis, IEK-8: Troposphäre, Forschungszentrum Jülich, Deutschland Daniel Göhler*, TOPAS GmbH, Dresden, Deutschland Dr. Dmitry Golentsov, GAeF Mitglied, Russland Dr. Irena Grgic, National Institute of Chemistry, Ljubljana, Slowenien Prof. Dr. Sergey A. Grinshpun*, University of Cincinnati, OH, USA Dr. Stephan Grosse*, TOPAS GmbH, Dresden, Deutschland Dr. Martin Gysel-Beer, Paul-Scherrer-Institut, Villigen PSI, Schweiz Barbara Harm-Altstädter*, Technische Universität Braunschweig, Deutschland Dr. Michael Heim, Mann + Hummel GmbH, Ludwigsburg, Deutschland Dr. Silvia Henning, Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (Tropos), Leipzig, Deutschland Prof. Dr. Hartmut Herrmann, Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (Tropos), Leipzig, Deutschland Dr. Markus Hermann, Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (Tropos), Leipzig Dr. Lars Hillemann*, TOPAS GmbH, Dresden, Deutschland Dr. Dieter Hochrainer, Pensionär (ehem. Generalsekretär der GAeF), Oberkirchen, Deutschland Prof. Dr. Werner Hofmann, Universität Salzburg, Österreich Prof. Dr. Helmuth Horvath*, Universität Wien, Österreich Dr. Christoph Hüglin*, Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt, Dübendorf, Schweiz Tim Hülser, Institut für Energie- und Umwelttechnik e. V. (IUTA), Duisburg, Deutschland Prof. Dr. Ruprecht Jaenicke*, Johannes Gutenberg-Universität, Mainz, Deutschland Prof. Dr. Keld Alstrup Jensen*, National Research Center for the Working Environment (NRCWE), Kopenhagen, Dänemark Dr. Gregor Jereb*, University of Ljubljana, Ljubljana, Slowenien Prof. Dr. Jingkun Jiang, Tsinghua University, Peking, China Prof. Dr. Markus Kalberer, Universität Basel, Basel, Schweiz Dr. Anna Jackiewicz-Zagórska, Warsaw Univeristy of Technology, Warschau, Polen Erwin Karg*, Helmholtz Zentrum München, München, Deutschland Prof. Dr. Konrad Kandler*, Technische Universität Darmstadt, Darmstadt, Deutschland Dr. Matthias Karl, Helmholtz Zentrum Geesthacht – Zentrum für Material- und Küstenforschung, Geesthacht, Deutschland Dr. Alejandro Keller, Fachhochschule Nordwestschweiz, Windisch, Schweiz Prof. Dr. David B. Kittelson, University of Minnesota, Minneapolis, MN, USA Dr. Martin Knoch*, PARI Pharma GmbH, Starnberg, Deutschland Dr. Wolfgang Koch*, Fraunhofer-Institut für Toxikologie und Experimentelle Medizin (ITEM), Hannover, Deutschland Prof. Dr. Athanasios G. Konstandopoulos, Aristotle University and Centre for Research & Technology-Hellas, Thessaloniki, Griechenland Dr. Martina Krämer*, IEK-7: Stratosphäre, Forschungszentrum Jülich, Deutschland Dr. Alois Krasenbrink, Joint Research Centre, Europäische Kommission, Ispra, Italien Dr. Wolfgang G. Kreyling*, Institut für Epidemiologie, Helmholtz-Zentrum München, Deutschland Dr.-Ing. Thomas Krinke, TSI GmbH, Aachen, Deutschland Dr. Ana Kroflic*, Kemijski inštitut, Ljubljana, Slowenien Prof. Dr. Markku Kulmala*, University of Helsinki, Finland Prof. Dr. Einar Kruis, Universität Duisburg-Essen, Duisburg, Deutschland PD Dr. Andreas Kürten*, Goethe Universität Frankfurt am Main, Deutschland Dr. Carsten Kykal*, TSI GmbH, Aachen, Deutschland Peter Lauer*, MAN Energy Solutions SE, Augsburg, Deutschland Prof. Dr. Chung-Te Lee, National Central University, Zhongli, Taoyuan, Taiwan Dr. Martin Lehmann*, Mann + Hummel GmbH, Ludwigsburg, Deutschland Prof. Dr. Kari Lehtinen, University of Eastern Finland, Finnland Nikoleta Lekaki – The Cyprus Institute, Nicosia, Zypern Dr.-Ing. Christian Lübbert*, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Erlangen, Deutschland Dr. Janet Marie Macher, University of California, Berkeley, CA, USA Prof. Dr. Lutz Mädler, Leibniz-Institut für Werkstofforientierte Technologien und Universität Bremen, Deutschland Prof. Dr. Willy Maenhaut, Ghent University, Belgien Nina Maherndl , Universität Wien, Österreich Dr. Christoph Mahnke*, IEK-8: Troposphäre, Forschungszentrum Jülich, Deutschland Dr. Anne Maisser, The Cyprus Institue, Nicosia, Zypern Dr. Alexander Mangold, Royal Meteorological Institute of Belgium, Brüssel, Belgien Dr. Jesús Marval, Politecnico di Torino, Turin, Italien Andreas Massling, Aarhus University, Roskilde, Dänemark Dr. Roger O. McClellan, DVM, MMS, DSc (Honorary), Independent Advisor, Inhalation Toxicology and Human Risk Analysis, Albuquerque, NM, USA Dr. Amewu A. Mensah, Umwelt- und Gesundheitsschutz, Fachbereich Luftqualität, Stadt Zürich, Schweiz PD Dr. Thomas Mentel*, IEK-8: Troposphäre, Forschungszentrum Jülich, Deutschland Prof. Dr. Maria Messing*, Lund University, Lund, Schweden Dr. Emilio Milla*, Madrid, Spanien Dr. Rob L. Modini, Paul Scherrer Institut, Villigen PSI, Schweiz Dr. Ali Mohamadi-Nasrabadi, Institut für Energie- und Umwelttechnik e. V. (IUTA), Duisburg, Deutschland Prof. Dr. Claudia Mohr, Stockholm University & Bolin Centre for Climate Research, Stockholm, Schweden Dr. Otmar Möhler, Karlsruher Institut für Technologie, Karlsruhe, Deutschland Prof. Dr. Peter Molnár, Sahlgrenska University Hospital and University of Gothenburg, Göteborg, Schweden Vaios Moschos, Paul Scherrer Institut , Villigen PSI, Schweiz Erny Niederberger, Swisens AG, Horw, Schweiz Prof. Dr. Reinhard Niessner, Technische Universität München, Deutschland Richard Paštˇeka, Brno University of Technology, Brünn, Tschechische Republik Dr. Hanns-Rudolph Paur*, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Karlsruhe, Deutschland Dr. Markus Pesch, Grimm Aerosol Technik Ainring GmbH & CO.KG, Ainring, Deutschland Christian Peters*, TOPAS GmbH, Dresden, Deutschland PD Dr. Andreas Petzold, IEK-8: Troposphäre, Forschungszentrum Jülich, Deutschland Prof. Dr. Wolfgang Peukert*, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Erlangen, Deutschland Christian Pilz, Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (Tropos), Leipzig, Deutschland Dr. Calle Preger*, Lund University, Lund, Schweden Pragati Rai, Paul Scherrer Institut, Villigen PSI, Schweiz Dr. Jürgen Reith, TSI GmbH, Aachen, Deutschland Prof. Dr. Francisco José Olmo Reyes, Universidad de Granada, Spanien Dr. Andreas Rudolph*, TOPAS GmbH, Dresden, Deutschland Prof. Dr. Imre Salma, Eötvös University, Budapest, Ungarn Dr. Daniel Sauer, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V. (DLR), Oberpfaffenhofen, Deutschland Dr. Mark Scerri, L-Università ta‘ Malta, Msida, Malta Dr. Helmut Schaffernicht*, Overath, Deutschland Prof. Dr.-Ing. Annette Schafmeister, Hochschule Biberach, Deutschland Dr. Jürg Schlatter, Liebefeld, Schweiz Prof. Dr. Julia Schmale*, École Polytechnique Fédérale de Lausanne, Schweiz Dr. Otmar Schmid, Helmholtz Zentrum München, Neuherberg/München, Deutschland Prof. Dr. Eberhard Schmidt, Bergische Universität Wuppertal, Deutschland Prof. Dr. Andreas Schmidt-Ott*, Technische Universiteit Delft, Niederlande Dr. Johannes Schneider*, Max Planck Institut für Chemie, Mainz, Deutschland Manuel Schöberl, Universität Wien, Österreich Dr. Christiane Schulz, Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (Tropos), Leipzig, Deutschland und Max-Planck-Institut für Chemie, Mainz, Deutschland Dr. Stephen E. Schwartz*, Brookhaven National Laboratory, Upton, NY, USA Dr. Martin Seipenbusch, ParteQ GmbH, Malsch, Deutschland Nikolina Leona Serdarevic*, Technische Universität Berlin, Deutschland Dr. Stefan Seeger*, Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung, Berlin, Deutschland Prof. Dr. Michael Shapiro*, Technion – Israel Institute of Technology, Haifa, Israel Dr. Pourya Shahpoury*, Environment and Climate Change Canada (ECCC), Toronto, Kanada Timur Sograbi, Ural Federal University, Ekaterinburg, Russland Prof. Dr. Georgios A. Sotiriou, Karolinska Institutet, Stockholm, Schweden Jürgen Spielvogel, TSI GmbH, Aachen, Deutschland Dr. Gerald Spindler, Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (Tropos), Leipzig, Deutschland Prof. Dr. Michael Stintz, Technische Universität Dresden, Dresden Dr. Frank Stratmann, Institut für Troposphärenforschung, Leipzig, Deutschland Prof. Dr. Wladyslaw W. Szymanski, Universität Wien, Österreich Dr. Gerhard Steiner, Grimm Aerosol Technik Ainring GmbH & CO.KG, Ainring, Deutschland Prof. Dr. Eduard Tamm, University of Tartu, Estland Prof. Dr. Alexandra Teleki, Uppsala University, Uppsala, Schweden Marilena Teri, Universität Wien, Österreich Dr. Ana Maria Todea*, Institut für Energie- und Umwelttechnik e. V., Duisburg, Deutschland Dr. Torsten Tritscher, TSI GmbH, Aachen, Deutschland Una Trivanovic, Eidgenössische Technische Hochschule (ETH), Zürich, Schweiz Prof. Dr. Paolo Tronville*, Politecnico di Torino, Turin, Italien Dr. Janek Uin, Brookhaven National Laboratory, Upton, NY, USA Dr. Marko Vana, University of Tartu, Estland Prof. Dr. Reinhard Vehring, University of Alberta, Edmonton, Kanada Dr. Silvia López Vidal, RAMEM SA, Madrid, Spanien Prof. Dr. Yrjö Viisanen, Finnish Meteorological Institute, Helsinki, Finland Dr. Bernhard Vogel, Karlsruher Institut für Technologie, Karlsruhe, Deutschland Patrick Weber, IEK-8: Troposphäre, Forschungszentrum Jülich, Deutschland Prof. Dr. Stephan Weinbruch, Technische Universität Darmstadt, Deutschland Dr. Frederik Weis, Palas GmbH, Karlsruhe, Deutschland Prof. Dr. Peter Wiesen*, Bergische Universität Wuppertal, Deutschland Prof. Dr. Paul Winkler, Universität Wien, Österreich Dr. Richard Winterhalter, Bayerisches Landesamt für Gesundheit und Lebensmittelsicherheit, München, Deutschland Peter Wlasits, Universität Wien, Österreich Dr. Sabine Wurzler*, Landesamt für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz NRW (LANUV), Recklinghausen, Deutschland Prof. Dr. Valery Zagaynov, National Research Nuclear University MEPhI, Moskau, Russland Prof. Dr. Shamil Zaripov*, Kazan Federal University, Kazan, Russland Prof. Dr. Thomas Zeuch*, Georg-August-Universität Göttingen, Göttingen, Deutschland Prof. Dr. Paul Zieger*, Stockholm University, Stockholm, Schweden
Volker Ziegler*, Grimm Aerosol Technik Ainring GmbH & CO.KG, Ainring, Deutschland

1Partikel mit einem sog. „aerodynamischen Durchmesser“ kleiner als 10 µm (PM10) bzw. 2,5 µm (PM2,5) werden auch als Feinstaub bezeichnet.

2Anmerkung: 1 l = 1000 cm³

3Persönliche Kommunikation mit Prof. Dr. Keld A. Jensen, NRCWA, Kopenhagen, Dänemark.

4Volumenstrom, für den dieser Filter ausgelegt ist. Dieser ist typischerweise im Datenblatt des Filters angegeben.

5Die Filterbezeichnungen entstammen der europäischen Norm EN1822–1. Gemäß der internationalen Norm ISO 29463 werden E11 Filter als ISO 15 E, H13 als ISO 35 H und H14 als ISO 45 H bezeichnet

6Diese Annahme ist in der Realität nicht immer gegeben, da sich bei ungünstigen Strömungssituationen ggf. keine homogene Durchmischung in kurzer Zeit realisieren lässt.

7Streng genommen ist der Begriff Luftwechselrate in diesem Zusammenhang nicht korrekt, da die Luft umgewälzt und nicht ausgetauscht wird. Trotzdem wird er zur Beschreibung dieses Sachverhalts üblicherweise verwendet.