Braucht es in Klassenzimmern technische Hilfe beim Lüften?

Noch sind die Schulen in Bayern zum Großteil zu, aber ab 22. Februar soll es für die Jahrgangsstufen 1 bis 4 der Grund- und Förderschulen sowie für alle Abschlussklassen Wechselunterricht oder Präsenzunterricht mit Mindestabstand geben. Dann stellt sich auch wieder die Frage nach der richtigen Belüftung in Klassenzimmern, um die Gefahr einer Ansteckung mit dem Coronavirus zu reduzieren.

Über 450 Kommunen haben Luftreiniger beantragt

Im Rahmenhygieneplan Schulen des Kultusministeriums heißt es, dass die Klassenzimmer alle 20 Minuten mindestens fünf Minuten lang stoß- oder quergelüftet werden sollen.

Um die Aerosolkonzentration in Klassenzimmern zu verringern, fördert Bayern seit Oktober 2020 die Anschaffung von mobilen Luftreinigungsgeräten mit Filterfunktion - seit 1.1.2021 sogar unabhängig davon, ob ausreichend anderweitig gelüftet werden kann oder nicht.

Das bayerische Kultusministerium schreibt auf #Faktenfuchs-Anfrage, dass bislang 456 Kommunen für rund 4.700 Räume mobile Luftreinigungsgeräte beantragt hätten (Stand: 11. Februar). Das Ministerium spricht von "erfreulichen Zahlen, die zeigen, dass die Schulaufwandsträger die Chance nutzen, die ihnen die Staatsregierung hier bietet."

Raumluftgeräte filtern mehr als 99 Prozent von Partikeln

Es gibt Raumluft-Geräte, die mit einer Kombination aus verschiedenen Schwebstofffiltern (zum Beispiel der Klassen F7 und H14) mehr als 99,97 Prozent der Partikel mit einer Größe von 0,1 - 0,3 Mikrometern herausfiltern können. Ein einzelnes Virus-Teilchen hat einen Durchmesser von 0,1 Mikrometern. Solche Luftreiniger können die Aerosolkonzentration in einem Klassenzimmer in einer halben Stunde um 90 Prozent senken, wie eine Studie des Instituts für Atmosphäre und Umwelt der Goethe-Universität Frankfurt am Main ergeben hat.

Eine Studie der Universität der Bundeswehr München kommt zu einem ähnlichen Ergebnis: Durch den Betrieb eines Raumluftreinigers mit der Filterkombination F7 + H14 lasse sich die Aerosolkonzentration in Räumen mit einer Fläche von 80 Quadratmetern je in sechs bis 15 Minuten halbieren und so das indirekte Infektionsrisiko auch bei geschlossenen Fenstern und ohne geeignete raumlufttechnische Anlage stark reduzieren.

Indirektes und direktes Infektionsrisiko

Wenn man die Wirksamkeit eines Luftfilters bewerten will, muss man zwischen direktem und indirektem Infektionsrisiko unterschieden:

• Ein direktes Infektionsrisiko ist durch direktes Anhusten oder beim langen Unterhalten über kurze Distanz gegeben ist.
• Indirektes Infektionsrisiko heißt: Viren schweben im Raum umher, je mehr davon vorhanden sind und je länger sich jemand in dem Raum aufhält, desto größer das Infektionsrisiko.

Die oben genannten Studien besagen, dass sich durch den Einsatz von Luftreinigungsgeräten das indirekte Infektionsrisiko reduzieren lässt.

München lehnt Anschaffung von Luftreinigungsgeräten ab

Die Landeshauptstadt München hat noch keine solchen Geräte angeschafft . Sie lehnte die Anschaffung von Luftreinigern an Münchner Schulen schon im November 2020 ab, kurz nachdem das Kultusministerium sein Förderprogramm aufgelegt hatte. Eine BR24-Nutzerin wandte sich an den #Faktenfuchs mit der Bitte, diese Haltung der Stadt, die die Wissenschaft ignoriere, zu hinterfragen: "Es kann nicht sein, dass sich in Bezug auf sichere Klassenzimmer nichts tut bzw. sogar verhindert wird. Klassenzimmer müssen sicher werden!"

• Alle Faktenfuchs-Artikel finden Sie hier.

An der Haltung der Stadt hat sich auch in der Zwischenzeit nichts geändert. Das zuständige Referat für Bildung und Sport erachtet die Anschaffung von mobilen Raumluftreinigungsgeräten für die Münchner Schulen "derzeit nicht für sinnvoll, da der infektionspräventive Nutzen hinsichtlich Covid-19 bislang nicht nachgewiesen wurde und sie ggf. sogar kontraproduktiv wirken", wie eine Sprecherin auf #Faktenfuchs-Anfrage schreibt.

München setzt weiter auf das Lüften

"Die wichtigste Präventionsmaßnahme ist und bleibt regelmäßiges Lüften der Unterrichtsräume", heißt es in der Antwort weiter. Die Unterrichtsräume in Münchner Schulen verfügten entweder über zu öffnende Fenster oder - bei innenliegenden Unterrichtsräumen - über raumlufttechnische Anlagen mit einem größtmöglichen Anteil an Außenluftzufuhr und könnten dadurch ausreichend belüftet werden.

In der Antwort an BR24 verweist München auch darauf, dass sich das Umweltbundesamt (UBA) "bereits kritisch zur Anschaffung von mobilen Luftreinigungsgeräten ausgesprochen" habe. Der Kommission für Innenraumlufthygiene (IRK) am UBA zufolge wälzen mobile Luftreiniger die Raumluft lediglich um und ersetzten nicht die notwendige Zufuhr von Außenluft.

Luftreiniger für Räume ohne ausreichende Fensterlüftung

Es gebe aber Fälle, wo Luftreiniger das Lüften sinnvoll ergänzen können. "Die Kommission empfiehlt Luftreiniger in Schulen dort einzusetzen, wo die Fenster nicht ausreichend geöffnet werden können und auch keine unterstützenden, einfachen Zu- und Abluftsysteme in Frage kommen", heißt es auf der Website des Umweltbundesamtes.

Unter Berufung auf die Studie der Münchner Bundeswehr-Universität schreibt die Stadt München, "dass dezentrale Lüftungsgeräte das direkte Infektionsrisiko, das durch direktes Anhusten oder beim langen Unterhalten über kurze Distanz erfolgen kann, nicht verringern können." Weder an der Pflicht zum Lüften noch an der Pflicht zur Maske würden die Geräte etwas ändern.

Physiker: Technische Geräte verringern das Ansteckungsrisiko

Dass die Masken weiterhin eine zentrale Rolle beim Infektionsschutz in Klassenzimmern spielen, sagt auch Eberhard Bodenschatz, Direktor des Max-Planck-Instituts für Dynamik und Selbstorganisation in Göttingen, im Gespräch mit dem #Faktenfuchs. Die Masken würden die ballistische Verteilung großer Partikel verhindern. Damit aber die Virenlast durch Aerosole im Nahbereich nicht zu hoch wird, schlägt sein Institut eine technisch unterstützte Mischung der Raumluft vor:

"In jedem Fall helfen technische Geräte sehr stark das Ansteckungsrisiko zu verringern. Zusammen mit Masken ist dann Unterricht mit stark verringertem Ansteckungsrisiko wieder möglich." Eberhard Bodenschatz, Direktor des Max-Planck-Instituts für Dynamik und Selbstorganisation

Wie hoch das indirekte Ansteckungsrisiko mit dem Coronavirus in einem geschlossenen Raum ist, hängt maßgeblich vom Luftaustausch ab.

Luftaustausch: fünffache Volumen des Klassenzimmers pro Stunde

Bodenschatz hat die Wahrscheinlichkeit einer Corona-Infektion in einem Klassenzimmer nach 240 Minuten Unterricht mit einer ansteckenden Lehrkraft und 30 Kindern berechnet: Um die Wahrscheinlichkeit, dass sich mindestens ein maskentragender Schüler mit dem Coronavirus ansteckt, unter drei Prozent zu halten, empfiehlt Bodenschatz eine mindestens fünffache Aerosolwechselrate pro Stunde. Das heißt, dass pro Stunde Frischluft in Höhe des fünffache Volumens des Klassenzimmers zugeführt wird. Bei einem Klassenzimmer mit einem Volumen von 200 Kubikmetern wären das also 1.000 Kubikmeter pro Stunde.

Die vorhandene Luft wird dabei aber nicht komplett ausgetauscht, sondern mit frischer bzw. gereinigter Luft verdünnt, ganz ähnlich wie bei einem Aquarium, dem auch laufend frisches Wasser zugeführt wird. Die Wahrscheinlichkeit einer Corona-Infektion nimmt also mit steigender Frischluftzufuhr ab, wie auch in der folgenden Grafik zu sehen ist.

Lüften funktioniert nicht immer

Dieser Luftaustausch lässt sich auf verschiedenen Wegen herbeiführen. Lüften hilft dabei aber nur bedingt, sagt Physik-Professor Bodenschatz:

"Die Stoßlüftung funktioniert nur bei einem natürlichen Temperaturunterschied zwischen der Luft innen und außen. Den gibt es vor allem im Winter. Wenn die Luft innen und außen gleich warm ist, gibt es nur wenig natürlichen Luftaustausch – dann hilft nur noch Querlüften von einer Gebäudeseite zur anderen." Die vom Kultusministerium empfohlene Querlüftung funktioniere aber nur in Räumen, in denen es gegenüberliegende Fenster gebe, was bei weitem nicht überall der Fall sei.

"Für eine Lüftung ist ein Luftdruckunterschied nötig. Im Mittel ist es zwar immer windig, es gibt aber auch Tage, an denen es nicht windig ist: Dann geht keine Querlüftung", so Bodenschatz. Deswegen sei es wichtig, die Lüftung gegebenenfalls - also auch an windstillen Tagen - durch technische Geräte sicherzustellen.

Ventilatoren sorgen für Luftaustausch

Die Deutsche Physikalische Gesellschaft, der auch Bodenschatz angehört, ist der Ansicht, dass der Einsatz technischer Geräte zur Belüftung jeder Art einer passiven Lüftung durch bloßes Öffnen von Fenstern und Türen weit überlegen sei. Bei der technischen Belüftung erfolge der Luftaustausch bzw. die Luftreinigung auf kontrollierte Weise. Bei der passiven Lüftung von Klassenräumen mit Außenluft über die Fenster in einem typischen Klassenzimmer sei das hingegen nicht zu erreichen, da der Luftaustausch stark von Wind, Temperatur, Fensteröffnungen, Lage der Heizkörper etc. abhänge.

Ein Beispiel für eine solche technische Lösung wären Außenventilatoren, die anstelle eines Fensters im Fensterrahmen angebracht werden - am besten auf Deckenhöhe. Mit ihnen lässt sich eine so genannte Verdrängungslüftung realisieren: Der Ventilator führt die von den Personen erwärmte warme Luft oben ab und saugt kalte saubere Luft nach.

Die beste Lösung ist Bodenschatz zufolge eine Kombination aus Abluftventilator und mobilem Luftreinigungsgerät, die eine Mischlüftung ermöglicht: Dabei wälzt das Luftreinigungsgerät die Raumluft um und reinigt sie, der Ventilator im Fenster sorgt für saubere Frischluft.

Fazit

Mobile Luftreinigungsgeräte mit feinen Schwebepartikel-Filter entfernen Aerosolpartikel und darin enthaltene Coronaviren zu fast 100 Prozent aus der Luft. Verschiedene Wissenschaftler sind sich einig, dass sich so das indirekte Infektionsrisiko mit dem Coronavirus deutlich verringern lässt, insbesondere, wenn Lehrer und Schüler Masken tragen. Das bayerische Kultusministerium fördert die Anschaffung solcher Luftreinigungsgeräte.

München greift nicht auf diese Förderung zurück, weil es den infektionspräventiven Nutzen solcher Anlagen noch nicht für erwiesen hält. München setzt weiter vor allem auf eine regelmäßige Stoßlüftung. Die Deutsche Physikalische Gesellschaft empfiehlt hingegen den Einsatz technischer Geräte zur Lüftung, weil nur so der nötige Luftaustausch erfolgen könne, auch unabhängig von Außentemperatur, Wetter und Raumbeschaffenheit.

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