Berlin - Zurzeit wird vor allem über Impfungen von Kindern diskutiert. Doch seit Monaten geht es auch um Maßnahmen in Schulen selbst, die die Ausbreitung von Coronaviren bremsen sollen. Das ist wichtig, denn die Pandemie ist noch nicht vorbei. Außerdem geht es um Investitionen, die die Luft in Klassenzimmern generell verbessern. Sie könnten auch gegen andere Epidemien wirken.

Für 15 Millionen Euro hat Berlin 7700 mobile Luftreiniger für seine Schulen angeschafft – große Kisten, die die Zimmerluft einsaugen, durch Filtermatten pressen und praktisch virenfrei wieder ausblasen. Im Mittel bekommt jede Schule aber nur 8,5 dieser Geräte, bei durchschnittlich 30 Klassenräumen. Zudem ist es in der Wissenschaft umstritten, ob die teuren Reiniger tatsächlich sinnvoll sind. Auch andere technische Unterstützung könnte helfen, fest eingebaute Ventilatoren etwa. Sie sind preiswerter: Für knapp 30 Millionen Euro könnte man mit ihnen jeden Klassenraum in Berlin ausstatten. Sie würden auch das Kohlendioxid nach draußen befördern, das Schüler schlapp macht und seit Jahrzehnten als Problem erkannt ist.

Aerosole breiten sich langsam aus

Kaum jemand scheint so skeptisch gegenüber Raumluftreinigern zu sein wie Hans-Martin Seipp, Professor an der Technischen Hochschule Mittelhessen in Gießen. In seinen Untersuchungen hat er herausgefunden, dass die Geräte unter bestimmten Umständen sogar zu mehr statt weniger Viren im Klassenraum führen können. Zum Beispiel, wenn die Lehrkraft die infizierte Person ist. Muss sie lauter sprechen, damit sie alle Schüler trotz des Reinigergeräuschs verstehen, erhöht sich die Anzahl der von ihr ausgestoßenen Aerosole dramatisch: auf das Drei- bis Zehnfache. Steht der Raumluftreiniger dann auch noch weit entfernt von der Lehrkraft, kann die Virenbelastung einzelner Schüler mit Raumluftreiniger bis zu 400 Prozent höher sein als ohne.

„Durch Experimente in einem möblierten Unterrichtsraum haben wir nämlich festgestellt, dass sich Aerosole unter realen Bedingungen recht langsam ausbreiten“, sagt Seipp. Die höchste Ausbreitungsgeschwindigkeit lag in Seipps Versuchen bei 0,8 Meter pro Minute, sodass es zum Beispiel zehn Minuten dauern kann, bis die Viren von der Lehrkraft am acht Meter entfernten Raumluftreiniger angekommen sind. Weil die Lehrkraft ja immer weiter Aerosole ausstößt, bildet sich so ein Konzentrationsgefälle im Raum.

Dieser Effekt zusammen mit dem Zwang, lauter zu sprechen, ist letztlich dafür verantwortlich, dass an einigen Plätzen im Raum die Aerosolkonzentration in Anwesenheit eines Raumluftreinigers höher sein kann als ohne. Dieses vernichtende Ergebnis findet sich in keiner anderen Studie. Als Facharzt für Hygiene sowie Ingenieur für Umwelttechnik betreibt Seipp seit langem einen eigenen Forschungs-OP, in dem er unter anderem die Gefährdung des Personals durch Narkose- und andere Gase sowie die Lautstärke von Geräten untersucht.

Seinen Ergebnissen gegenüber steht eine Studie von Christian Kähler, Professor für Strömungsmechanik und Aerodynamik an der Universität der Bundeswehr in München, die von einem Hersteller von Raumluftreinigern finanziell unterstützt wurde. Kähler erklärt das auch offen in seiner Studie zur Wirksamkeit von Raumluftreinigern, die im September 2020 als erste in Deutschland direkt auf die Corona-Pandemie Bezug nahm. In einem wissenschaftlichen Journal ist sie allerdings noch nicht veröffentlicht worden.

Kontinuierliche Filterung ist effizient

In Experimenten mit Test-Aerosolen in einem möblierten Unterrichtsraum fand Kähler heraus, dass mobile Raumluftreiniger durch ihre kontinuierliche Filterung wesentlich besser Aerosole aus dem Raum entfernten als eine Stoßlüftung von wenigen Minuten. Der Raumluftreiniger war auch dann noch effizienter, wenn die freie Lüftung während der ganzen Versuchszeit von 45 Minuten erfolgte; immerhin über eine zwei Quadratmeter große Öffnung nach draußen. Zudem seien zwei Messungen mit freier Lüftung sehr unterschiedlich verlaufen, erzählt Kähler, die Verlässlichkeit der Methode also gering.

„Durch die Blaswirkung des Luftreinigers, aber auch durch die Bewegung und die Wärme der Personen kommt es zu einer schnellen Durchmischung von gefilterter und noch potenziell belasteter Luft“, sagt Kähler und kann die Resultate von Hans-Martin Seipp deshalb nicht nachvollziehen. Diese Mischlüftung eines Raums kann man sich vorstellen wie ein großes Glas mit Wasserfarbe, das unter einem laufenden Wasserhahn steht. Das einlaufende Wasser verdünnt die Farbe, die Mischung läuft am Rand aus dem Glas heraus. Damit wirklich alle Farbe verschwindet, muss deshalb ein Vielfaches des Glasvolumens an Frischwasser einlaufen. Für ein Klassenzimmer bedeutet das, dass zur sicheren Entfernung der Viren möglichst viele „vollständige Luftwechsel“ mit dem Volumen des Klassenraums stattfinden müssen.

Sechs Luftwechsel pro Stunde nötig

Christian Kähler ärgert sich, dass das Umweltbundesamt von „mindestens drei“ Luftwechseln pro Stunde spricht, die in der Corona-Pandemie nötig wären – und die man mit Stoßlüften alle 20 Minuten in der kälteren Jahreszeit erreicht. Seiner Ansicht nach wären die sechs Luftwechsel nötig, die Luftreiniger leisten können. Und in der Tat sprechen zum Beispiel die Pandemie-Lüftungsempfehlungen der Eliteuniversität Harvard in den USA von idealerweise sechs Luftwechseln – und bezeichnen drei bis vier als „das absolute Minimum“. Kähler hat ein Sicherheitskonzept für Schulklassen entwickelt, das neben dem Einsatz von leistungsstarken Luftreinigern auch Plexiglasscheiben zwischen den Schülern beinhaltet.

Bereits in einem internationalen Journal für Aerosolforschung erschienen ist die Studie von Joachim Curtius, Atmosphärenforscher und Professor an der Universität Frankfurt am Main. Es ist eine der wenigen Studien, bei der die Ausbreitung von Aerosolen in einem realen, laufenden Unterrichtsbetrieb untersucht wurde. Curtius kaufte dafür vier kleinere Raumluftreiniger für je 260 Euro. „Die kann man gleichmäßig im Raum verteilen und so dafür sorgen, dass sich ein Reiniger immer in der Nähe einer möglicherweise infizierten Person befindet“, erklärt Curtius.

„Die eingeatmete Menge an Viren ist mit den Luftreinigern sechsmal kleiner als ohne, wenn ich für zwei Stunden mit einem Infizierten in einem Raum bin“, berichtet Curtius. Den ungefähr gleichen Effekt, sagt er, würde man erzielen, wenn im Klassenraum alle zwanzig Minuten die Luft komplett ausgetauscht würde – etwa über die sehr effiziente Querlüftung mit Fenstern auf zwei Seiten. „Am besten wirken würde natürlich eine Kombination aus Luftreiniger und dieser Verdrängungslüftung“, sagt Curtius.

Auch der Physiker Eberhard Bodenschatz vom Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation in Göttingen hat in seinen Untersuchungen herausgefunden, dass mobile Raumluftreiniger wirken können. Dabei stellte er fest, dass es auch ein preiswerter, sogenannter F9-Filter tut; von den Herstellern wird dagegen meist die hohe Filterklasse H13 oder H14 empfohlen. Sein selbst gebauter Luftreiniger mit einer Lautstärke von 50 Dezibel war dabei in etwa so effizient bei der Beseitigung von Aerosolen wie die freie Lüftung über zwei große Fenster bei zehn Grad Außentemperatur.

„Aber natürlich muss man beachten, dass man den Luftreiniger kontinuierlich betreiben kann, die Lüftung nur, wenn es nicht zu kalt wird“, sagt Bodenschatz. Nehme man allerdings zwei große Zimmerventilatoren zu Hilfe, die man zum Ein- beziehungsweise Ausblasen der Luft vor jeweils ein Fenster stellt, könne man die Effektivität der freien Lüftung noch einmal verdoppeln. So erreichte Bodenschatz an einem Tag einen siebenfachen Luftwechsel in nur 15 Minuten, wobei die Raumtemperatur von 23 auf 19 Grad Celsius abnahm.

Andere setzen ganz auf die Kraft des künstlichen Windes. Zu ihnen gehört Frank Helleis vom Max-Planck-Institut für Chemie in Mainz, der die dritte Lüftungsmethode nutzt, die es neben der Mischlüftung und der Verdrängungslüftung gibt: die Quelllüftung. Aus einfachen Kunststoff-Schlauchfolien gefertigte Hauben saugen dabei über den Sitzplätzen der Schüler und der Lehrkraft die von ihnen produzierten Aerosole direkt ab. Dabei hilft, dass von den Schülern als Wärmequelle stetig warme Luft nach oben steigt und die kleinen Tröpfchen aus dem Atem gleich mitnimmt.

Selbst gebautes System aus Abluftrohren

Dünne Abluftrohre an den Hauben, ebenfalls aus Schlauchfolie, leiten die Aerosole weiter bis an ein Fenster. Hier wurde das Glas durch ein Brett mit einem fest eingebauten Ventilator ausgetauscht, der die Luft aus sämtlichen Rohren ansaugt und ins Freie pustet. Durch ein vom Ventilator möglichst weit entferntes, gekipptes Fenster strömt dann so viel Frischluft nach, wie Abluft aus dem Raum gezogen wurde. Helleis’ System wurde bisher in 300 Klassenräumen in Mainz eingebaut, auch die Stadt Landau hat durch das Technische Hilfswerk 600 Klassenzimmer damit ausstatten lassen.

Es gibt auch noch andere Lösungen, wie die von Alfred Mennekes, einem pensionierten Tierarzt aus dem Münsterland. Dieser hat zusammen mit einem Installationsbetrieb vor Ort 150 Klassenräume mit den typischen Stall-Ventilatoren ausgestattet, die an der Außenseite bewegliche Lamellen haben, damit bei stillstehendem Rotor die Öffnung verschlossen ist und weder Regen noch Kälte eindringen kann. Will man aber den Ventilator kontinuierlich auf kleiner Stufe laufen lassen, kann der Luftstrom oft die Lamellen nicht aufdrücken. Mennekes musste sich also eine Konstruktion ausdenken, bei der sie ein Stellmotor auf Knopfdruck öffnet und schließt. Untersuchungen ergaben: Bei Dauerbetrieb mit nur 100 Watt Leistung werden die erforderlichen vier Luftwechsel pro Stunde erreicht. Und das bei einer Geräuschentwicklung von nur etwa 35 Dezibel.

Lüftung mit Wärmerückgewinnung

Neben all den mehr oder weniger Fachfremden gibt es natürlich auch die Forscher, die sich schon seit vielen Jahren mit dem Lüften und dem Gesundheitsschutz in Gebäuden beschäftigen. Etwa Martin Kriegel, Professor am Hermann-Rietschel-Institut der TU Berlin. Auf seinen Webseiten findet man viele Erklärungen für Laien, Simulationen zur Ausbreitung von Aerosolen in Räumen, aber auch Kritik an bisher vorgeschlagenen Konzepten.

Simulationen aus Kriegels Arbeitsgruppe haben gezeigt, dass sich trotz großen Zustroms von virenfreier Luft Bereiche in Innenräumen bilden können, die immer noch hohe Virenkonzentrationen aufweisen. „Selbst mit Masken, einem Raumluftreiniger und Frischluftzufuhr von außen können Sie nicht sicherstellen, dass sich nur maximal eine Person ansteckt, wenn ein Infizierter im Klassenraum ist“, sagt Kriegel. „Generell wäre eine technische Unterstützung bei der Lüftung von Klassenräumen aber sehr sinnvoll.“ Er plädiert für eine dezentrale Lüftungsanlage in jedem Klassenraum, die auch eine Wärmerückgewinnung miteinschließt.

Und der Berliner Senat? Der will sich offenbar mit dem Wissenschaftler-Streit nicht auseinandersetzen. In der Senatsbildungsverwaltung möchte sich niemand äußern; und auch Petra Gastmeier, Umweltmedizinerin an der Charité und einzige Wissenschaftlerin in der Arbeitsgruppe „Lüftung“ des Berliner Hygienebeirats, verweigert ein Interview. Man habe sich mit verschiedenen Experten vor der Großbestellung der mobilen Raumluftreiniger beraten, erklärt ein Sprecher.

Für alle Schulen, deren Klassenzimmer in absehbarer Zeit nicht mit einer Lüftungsanlage ausgestattet werden, hat Martin Kriegel den Tipp, sich eine ausreichende Zahl an CO2-Messgeräten zu besorgen. Im Sommer große Ventilatoren in die Fenster zu stellen, könne durchaus helfen, müsse es aber nicht. „Möglicherweise bilden sich auch sogenannte Kurzschlüsse, bei denen die eingesaugte Frischluft gleich wieder durch ein anderes Fenster nach draußen gepustet wird.“ Auch der Wind alleine könne einen Raum gut belüften, wenn die Fenster lange und weit genug offen sind. „Die richtige Methode ist für jeden Raum anders, das muss man einfach ausprobieren. Je tiefer die CO2-Messwerte gedrückt werden, umso besser die Lüftung.“ Mit der sei es nämlich wie mit jedem Schulfach: „Richtiges Lüften muss man lernen.“