Covid-19 Infektionsrisiko über respiratorische Partikel im Nah- und Fernfeld - sind AHA+L Regeln ausreichend ? - Martin Kriegel
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Covid-19 Infektionsrisiko über respiratorische Partikel im Nah- und Fernfeld - sind AHA+L Regeln ausreichend ? Martin Kriegel 1. WV PM, 01.02.2021
Ausgangssituation 1. WV PM | 01.02.2021 2
Abhängigkeiten des Infektionsrisikos
Aktivität Aktivität
Infektiosität Konzentration Immunstatus
Tenazität
Auf die inhalierte Dosis kommt es an !
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Was ist das (Schutz-) Ziel Zero Airborne SARS-CoV-2 ? 1. WV PM | 01.02.2021 4
Allgemeines zu Schutzkonzepten
Raumlufttechnik
Vermeiden / Reduzieren
• Kontakte
• PSA (z.B. Maske)
• Impfen
1. WV PM | 01.02.2021 5
stoffkonzentration und in der Temperatur ausgeglichen werden. Mit Hilfe der Mischlüftung
Raumbelüftung
die Zuluft mit einer deutlichen Untertemperatur (∆T = 10 K) und mit einem hohen Impu
5 m/s) in den Raum eingebracht werden, was als ein Vorteil dieser Lüftungsform herausg
werden kann. Eine optimale Mischlüftung bedeutet eine 100 % Durchmischung der Rauml
dass Temperatur und Schadstoffkonzentration an jedem Ort identisch sind. Dies ist gleich
Verdünnungslüftung / Mischlüftung
ein Nachteil der Mischlüftung, da zur Kühlung und zur Luftqualitätsverbesserung der ge
Raum betrachtet werden muss. Das Prinzip der Mischlüftung zeigt Abbildung 2.
Abbildung 2: Prinzip der Mischlüftung
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Partikel ≠ reproduzierfähige Viren Zur Bewertung des Infektionsrisikos notwendig: Wie viele reproduzierfähige Viren sind auf Aerosolpartikeln ? Wie viele reproduzierfähige Viren sind für eine Infektion notwendig? Messungen aus dem Sputum: Anzahl Viren auf Aerosolpartikeln: ca. 1-50 pro 100 Anzahl Viren für eine Infektion notwendig: ca. 300 - 3000 1. WV PM | 01.02.2021 7
Partikel ≠ reproduzierfähige Viren
Retrospektive Betrachtung von Ausbrüchen:
Wer saß wo?
Sehr hoher Aufwand der Erfassung
Wer ist Index-Person?
- Befragungen
Wer hat sich angesteckt?
- Testungen
- Genom-Bestimmung
Raumsituation?
- Ggf. Messungen vor Ort
Lüftungssituation?
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Infektionsrisikomodell Quantum-Dosis-Wirkungs-Konzept für luftgetragene Ansteckungen [Wells, Riley 60er Jahre] Ein Quantum ist die unbekannte Menge an pathogenen Aerosolpartikeln in der Luft, die eine anhaltende Infektion bei 63 % der exponierten Personen verursachen wird. 1 quanta: Emissionsrate in 1/h Retrospektive Betrachtung Wert für quanta 1. WV PM | 01.02.2021 9
Infektionsrisikomodell
Basis quanta korreliert mit Art der
Infektionskrankheit und dem Basis R0
Berücksichtigung
- Aktivität
- Infektiosität quanta Wert (Quellstärke)
- Tenazität
- PSA
1. WV PM | 01.02.2021 10Validierung Infektionsrisikomodell
Predicted Infection Risk for Aerosol Transmission of SARS-CoV-2
Quelle: (Kriegel et al., 2020)
1. WV PM | 01.02.2021 11II Luftführungssysteme zur Belüftung von Aufenthaltsräumen
abgeführt. Die Schadstoffabfuhr basiert auf dem Prinzip der Verdünnung. Die Zuluft wird durch
Typische Raumbelüftungsarten
einen hohen Impuls und vorwiegend im Deckenbereich – außerhalb dersich stetig mit zunehmender
Aufenthaltszone
eineRaumluft
Raum gebracht. Aufgrund der hohen Turbulenz vermischen sich Zu- und
– in den Höhe. Die vertikalen Temperatur- und Dichteunterschiede sorgen für
stabile Schichtung im Raum. Die freien Konvektionsströmungen an und über den im Raum
sehr schnell,
befindlichen in
wodurch sich die Eintrittsgeschwindigkeit der Luft abmindert und die Unterschiede Wärmequellen
der Schad- sorgen für die vertikale Raumströmung von unten nach oben. Das
Prinzip
stoffkonzentration und in der Temperatur ausgeglichen werden. Mit Hilfe der der Quelllüftung
Mischlüftung zeigt Abbildung 3.
kann
die Zuluft mit einer deutlichen Untertemperatur (∆T = 10 K) und mit einem hohen Impuls (bis
Zu den Vorteilen
5 m/s) in den Raum eingebracht werden, was als ein Vorteil dieser Lüftungsform der Quelllüftung gegenüber der Mischlüftung gehören:
herausgestellt
- hoher
werden kann. Eine optimale Mischlüftung bedeutet eine 100 % Durchmischung thermischer
der Raumluft, soKomfort
Verdünnung
dass Temperatur und Schadstoffkonzentration an jedem Ort identisch sind. sehr ist
- Dies geringe Schichtung
Luftgeschwindigkeiten im Raum (Lüftungsart: Quell-/Schichtlüftung
Summe Auf-/Abtrieb
=
Zuluftvolumenstrom
Quelle: RHEVA Guidebook: Ventilation Effectiveness
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the contaminants stratify at in the room
Lüftungsart: Quell-/Schichtlüftung
lower levels 0,0
0 100 200 300 400 500 600 700 8
Increase in CO2-concentra
Quelle: RHEVA Guidebook: Ventilation and Smoking
Federation of European Heating, Ventilation and Air-conditioning Associations
1. WV PM | 01.02.2021 14Beispiele zur Lüftungseffektivität
Computational Fluid Dynamics (CFD) Mögliche Position der infizierten Person
Studie
§ Raumgröße 60 m2; 180 m3
§ Bei allen Berechnungen 1000 m3/h
§ 40 m3/h pro Person
§ Berechnung des
Strömungs- und Temperaturfelds
§ Ausbreitungsverhalten von luftgetra-
genen Partikeln in Abhängigkeit von
Position
1. WV PM | 01.02.2021 15Darstellung der Ergebnisse
Darstellung der relativen Partikelkonzentration Skala
begrenzt
Ideal Mischlüftung
Werte kleiner 100 % à besser belüftet à stärke Verdünnung
Werte größer 100 % à besser belüftet à stärke Verdünnung
1. WV PM | 01.02.2021 16Darstellung der Ergebnisse Schnittebene durch die Köpfe der sitzenden Personen 1. WV PM | 01.02.2021 17
3 Szenarien
Mischlüftung
Gleicher virenfreier
Quelllüftung Zuluftvolumenstrom
1000 m3/h
Luftreinigungsgerät
1. WV PM | 01.02.2021 18Beispiel Mischlüftung 1. WV PM | 01.02.2021 19
Beispiel Mischlüftung 1. WV PM | 01.02.2021 20
Beispiel Quelllüftung 1. WV PM | 01.02.2021 21
Beispiel Quelllüftung 1. WV PM | 01.02.2021 22
Beispiel Quelllüftung 1. WV PM | 01.02.2021 23
Beispiel Luftreiniger 1. WV PM | 01.02.2021 24
Beispiel Luftreiniger
25
1. WV PM | 01.02.2021 25 25Fazit Lüftungseffektivität
Ø Raumluftströmung sind instationär und 3-dimensional
Ø Sie werden beeinflusst durch
• Raumumschließungsflächen
• Einbauten (Mobiliar)
• Thermische Kräfte (Personen, sonstige Wärmequellen, kalte Flächen)
• Erzwungene Kräfte (Art und Ort der Auslässe, Zuluftgeschwindigkeiten)
1. WV PM | 01.02.2021 26Fazit Lüftungseffektivität
Ø Effektivität der Abfuhr von Schadstoffen hängt ab von:
- Raumluftströmung
- Ort der Quelle
- Position Zu- und Abluft
Ø Virenbeladene Partikelkonzentration im Raum:
- Virenfreier Zuluftvolumenstrom bestimmt das Maß der Verdünnung
- Lüftungseffektivität führt zu unterschiedlichen Zonen
Ø Quellluftprinzip bietet große Vorteile, aber keine Sicherheit
1. WV PM | 01.02.2021 27Nutzungsmöglichkeiten
Für Wiedereröffnungsstrategien
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!"#$ =
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*+ , *- , *./01. , 75 ,<
ℎ , !89:., ℎ; ;
!"#$ maximal mögliche Personenanzahl
*+ Faktor für die Art der Lüftung, Mischlüftung/Quelllüftung
*- Faktor für die Art der Maske
*./01. Korrekturfaktor stationär / instationär
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'() ZuluftvolumenstromNutzungsmöglichkeiten Beispiel Besprechungsraum: 50 m2 à 150 m3 für 20 Personen Frischluftzufuhr: 30 m3/(h Pers.) à 600 m3/h oder 800 m3/h 1. WV PM | 01.02.2021 29
Sind bestehende AHA-L Regeln ausreichend ?
Abstand >> 1,5 m
Hygieneregeln
Alltagsmaske Schulung zum Tragen
Lüftung maximieren
Kontaktanzahl reduzieren
Gemeinsame Kontaktzeit reduzieren
1. WV PM | 01.02.2021 30Welche Fragen
haben Sie ?
https://blogs.tu-berlin.de/hri_sars-cov-2/
Univ. Prof. Dr.-Ing. Martin Kriegel
kontakt@tu-berlin.de
www.hri.tu-berlin.deSie können auch lesen
