Lüftung von Klassenräumen 31.08.2020, 10:34 Uhr

Corona: Wie hoch ist das Infektionsrisiko in Schulen?

Mit dem Ende der Sommerferien kehren Schüler in allen Bundesländern in den Regelunterricht zurück. Doch was weiß man gesichert über das Infektionsrisiko in Schulen? Wissenschaftler der RWTH Aachen und der Heinz Trox Wissenschafts gGmbH haben mit Vergleichsrechnungen jetzt belegt: Regelmäßiges Lüften alleine reicht nicht aus, um das Infektionsrisiko deutlich zu senken.

Nach Berechnungen von Forschern der RWTH Aachen und der Heinz Trox Wissenschafts gGmbH kann das Infektionsrisiko in Klassenräumen nur durch den Einsatz maschineller Lüftungstechnik maßgeblich gesenkt werden. Foto: panthermedia.net/ArturVerkhovetskiy

Nach Berechnungen von Forschern der RWTH Aachen und der Heinz Trox Wissenschafts gGmbH kann das Infektionsrisiko in Klassenräumen nur durch den Einsatz maschineller Lüftungstechnik maßgeblich gesenkt werden.

Foto: panthermedia.net/ArturVerkhovetskiy

Mit umfangreichen Berechnungen hat das Forscherteam das Infektionsrisiko durch Aerosole für verschiedene Raumtypen vergleichend analysiert. Betrachtet wurde ein Einfamilienhaus, verschiedene Büroumgebungen, ein Hörsaal, eine Messehalle, ein Flugzeug, ein PKW mit fünf Sitzplätzen sowie ein Klassenraum. Diese wurden jeweils in Relation gesetzt zu einer Referenzwohnung mit mittlerer Wohnfläche (93 Quadratmeter), in der sich zwei Personen acht Stunden lang aufhalten (was beispielsweise einem Home-Office-Arbeitstag oder der Aufenthaltsdauer an einem Tag am Wochenende entspricht). Gelüftet wird die Wohnung alle zwei Stunden durch Öffnen der Fenster. Eine mögliche Übertragung des Virus durch Kontaktflächen oder Tröpfcheninfektion wurde für die Berechnungen ausgeklammert. Das Ergebnis: Wird die Luft wie in der Referenzwohnung nur alle zwei Stunden komplett ausgetauscht, besteht in einem mit 35 Personen vollbesetzten Klassenraum ein zwölf Mal so hohes Infektionsrisiko wie in der Wohnung.

Hohe Luftwechselraten senken das Infektionsrisiko deutlich

Klassenräume seien grundsätzlich sehr kritisch zu bewerten, so Professor Dr.-Ing. Dirk Müller von der RWTH Aachen, da sich in der Regel viele Personen über Stunden in einem verhältnismäßig kleinen Raum aufhalten. Selbst bei einer Belegung mit nur 18 Personen wäre ein dreifacher Luftwechsel nötig, damit das Risiko nicht höher als in der Vergleichsumgebung der Wohnung wird. „Für einen solchen Luftwechsel ist ein Volumenstrom von 630 Kubikmetern pro Stunde erforderlich, der sich ganzjährig jedoch nur mit einer lüftungstechnischen Anlage erreichen lässt“, erklärt Müller. Dabei müsse das durch die Lüftungsanlage verursachte Strömungsgeräusch zudem so gering sein, dass die Lernumgebung nicht negativ beeinflusst wird. Mit einer reinen Fensterlüftung sei hingegen vor allem im Winter oder an einer stark befahrenen Straße kein ausreichender Luftwechsel zu erzielen. Sein Fazit: Das relative Infektionsrisiko durch eine aerosolgebundene Übertragung von Viren kann in Räumen mit verhältnismäßig hoher Belegung und langen Aufenthaltsdauern nachhaltig nur durch eine maschinelle Belüftung – und somit hohe Luftwechselraten – abgesenkt werden. Deshalb schneidet der in der Analyse betrachtete Hörsaal beispielsweise besser ab, als der Klassenraum. Obwohl er über 1.000 Sitzplätze und ein deutlich größeres Raumvolumen verfügt, sei selbst in einem vollbesetzten Saal das Risiko einer Virenübertragung durch Aerosole nicht höher wird als in der betrachteten Wohnung. Grundlage dafür sei eine Luftwechselrate von 3,3. „Das lässt sich mit der Lüftungsanlage problemlos erreichen“, sagt Müller. „Typischerweise werden bei unseren Hörsälen 3 bis 3,5 Luftwechsel pro Stunde eingestellt.“

Die Grundlage für die Referenzwerte eines Klassenraums für einen beispielhaften Schultag mit Unterricht von 8-13 Uhr stammen aus einer im Frühjahr und Sommer 2019 von der Heinz Trox Wissenschafts gGmbH durchgeführten Feldstudie zur Luftqualität und Akustik in Schulen. Einbezogen wurden 48 zufällig ausgewählte Klassenräume verschiedener allgemeinbildender Schultypen in Aachen und Neukirchen-Vluyn. Die Auswertung der aufgenommenen Raumgeometrien ergibt eine mittlere Grundfläche von 64 Quadratmeter und mit einer durchschnittlichen Höhe von 3,27 Meter ein Raumvolumen von etwa 210 Kubikmeter für durchschnittlich 27 Sitzplätze. Die Werte der Feldstudie decken sich mit Untersuchungen der Unfallkasse NRW. Die im Rahmen der Studie erfassten maschinellen Lüftungsgeräte hatten Nennvolumenströme von bis zu 850 Kubikmeter pro Stunde, die wegen der erhöhten Strömungsgeräusche während des Unterrichts allerdings nicht mit höchster Gebläsestufe betrieben werden konnten.

Übertragung des Virus durch Aerosole

Die Rolle von Aerosolen bei der Übertragung des SARS-CoV-2-Virus wird in der Wissenschaft aktuell intensiv diskutiert. In einer Studie am University of Nebraska Medical Center konnte das Virus durch die Analyse von Luftproben in Isolationsräumen, in denen Corona-Patienten behandelt werden, eindeutig in der Raumluft nachgewiesen werden. In Laborversuchen wurden zudem künstlich hergestellte, mit SARS-CoV-2 belastete Aerosole, genauer untersucht. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Infektiösität in lungengängigen Aerosolen bis zu 16 Stunden erhalten bleiben kann. Innerhalb dieser Zeitspanne können sich die Aerosole nach den Ergebnissen der Wissenschaftler auch in größeren Räumen ausbreiten. Allerdings führt die räumliche Ausbreitung zu einer starken Verdünnung der virenbelasteten Partikel in der Raumluft. Durch die Rekonstruktion einer Infektionskette in einem Restaurant in chinesischen Guangzhou konnte dennoch eine Übertragung des Virus über mehrere Tische – vermutlich verursacht von einer ungünstigen Luftführung – nachgewiesen werden. Auch dieses Ereignis spricht nach Meinung der Wissenschaft für die mögliche Übertragung des Virus durch Aerosole. In Deutschland wurde unter anderem der Ausbruch von COVID-19 in einem Großschlachtbetrieb auf Aerosolübertragung zurückgeführt. Dabei konnten Übertragungen des Virus über Distanzen von bis zu acht Meter identifiziert werden. Als Grund für den Ausbruch wurden unter anderem die besonderen klimatischen Bedingungen bei der Frischfleischverarbeitung (Raumlufttemperatur 10 °C, hohe Luftfeuchte) sowie eine geringe Außenluftrate genannt. Die Kühlung der Luft erfolgte mit handelsüblichen Umluftkühlgeräten, die ohne eine zusätzliche Filtration die Raumluft umwälzen. Aufgrund der bisherigen Erkenntnisse warnen Wissenschaftler ausdrücklich vor der Gefahr, die von Aerosolübertragungen ausgeht. Als mögliche Maßnahmen zur Eindämmung von Übertragungen in Innenräumen werden insbesondere Lüftungsmaßnahmen, die einen hohen Außenluftwechsel, eine geringe Luftzirkulation und einen schnellen Abtransport von Atemluft zur Folge haben, genannt.

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Von Marc Daniel Schmelzer

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