Infektiöse Aerosole in Innenräumen

Eine Frau trägt einen Mundschutz und guckt aus dem Fensterzum Vergrößern anklicken
Das Tragen von Mund-Nasen-Bedeckungen kann dabei helfen, die Verbreitung von Viren einzudämmen
Quelle: Luis Alvarez / Gettyimages

Inhaltsverzeichnis

 

Was sind Aerosole?

Als ⁠Aerosole⁠ werden Mischungen von festen oder flüssigen Partikeln („Schwebeteilchen“) in einem Gas oder Gasgemisch (z. B. Luft) bezeichnet. Aerosolpartikel aus der Umwelt sind von sehr unterschiedlicher Größe und haben Durchmesser von etwa 1 Nanometer (nm) bis zu mehreren 100 Mikrometern (µm). Größere Partikel sinken schnell zu Boden. Partikel kleiner als 10 µm können Stunden bis Tage in der Luft verbleiben.

Aerosole sind generell nicht stabil und verändern sich in der Regel in Abhängigkeit von Luftfeuchtigkeit, Temperatur und weiteren physikalischen und chemischen Prozessen im Laufe der Zeit. Aerosole können auch Bakterien und Viren enthalten. Die Vielfalt der Partikel und Aerosole in unserer Umwelt sowie eine Größeneinordnung wird in Abbildung 1 ersichtlich.

Im medizinischen Bereich wird oft unterschieden zwischen der sog. „Tröpfcheninfektion“ und der Infektion „über Aerosole“ [1]. Größere, teilweise gerade noch sichtbare, flüssige Aerosolpartikel (meist größer als 5 µm bis ca. 500 µm Durchmesser) werden in diesem Zusammenhang als Tröpfchen und nur diejenigen kleiner als 5 µm als Aerosol bezeichnet. Physikalisch handelt es sich aber bei beidem um Aerosole und auch bezüglich ihrer Eigenschaften gibt es keine scharfe Grenze zwischen „Tröpfchen“ und sonstigen Aerosolen, der Übergang ist fließend. Im folgenden Text wird daher nur von Aerosolpartikeln oder auch kurz Partikeln gesprochen.

Abbildung 1: Arten und Größenbereiche von Partikeln und Partikelfraktionen [2].
Abbildung 1: Arten und Größenbereiche von Partikeln und Partikelfraktionen [2].
Quelle: Umweltbundesamt
 

Wie entstehen Aerosole, die SARS-CoV-2-Viren enthalten?

Mit der ausgeatmeten Luft verbreitet jeder Mensch eine Reihe von Gasen und auch Aerosolpartikel in seiner unmittelbaren Umgebung [3]. Beim Sprechen, Rufen, Singen, insbesondere aber beim Husten, Niesen oder unter körperlicher Anstrengung werden vermehrt Partikel emittiert. Wenn sich Krankheitserreger wie SARS-CoV-2-Viren in den Atemwegen befinden, entstehen ⁠Aerosole⁠, die diese Krankheitserreger enthalten können. Im Fall von SARS-CoV-2-Viren ist die Bildung solcher Aerosole besonders problematisch, weil auch infizierte Personen ohne Symptome virushaltige Partikel ausscheiden können.

Das Spektrum der ausgeschiedenen Partikel ist beim Atmen, Singen, Husten oder Niesen unterschiedlich. Beim normalen Atmen entstehen vorwiegend kleine Partikel (< 5 µm). Beim Sprechen und Singen werden im Vergleich zum Atmen vermehrt solche Partikel ausgeschieden, während beim Husten und Niesen zusätzlich größere Partikel bis 100 µm Durchmesser und mehr entstehen. Feuchte Aussprache erzeugt noch größere, mit dem Auge sichtbare Speicheltropfen.

Coronaviren selbst haben einen Durchmesser von 0,12–0,16 μm, werden aber in der Regel als Bestandteil größerer Partikel ausgeschieden, die sich je nach ihrer Größe unterschiedlich lange in der Luft halten und unterschiedlich weit mit der Luftströmung transportiert werden können.
Die ausgeschiedenen Aerosolpartikel verändern sich je nach Umgebungsbedingungen bezüglich ihrer Größe und Zusammensetzung. Partikel schrumpfen beim Übergang aus dem Atemtrakt in die Raumluft in der Regel durch ⁠Verdunstung⁠ an enthaltenem Wasser. Die genauen Prozesse, die zur Ausbildung und Veränderung solcher Aerosolpartikel führen, sind von einer Vielzahl unterschiedlicher Faktoren abhängig und im Einzelfall kaum vorherzusehen.

 

Wann kann es über Aerosole zu COVID-19-Erkrankungen kommen?

Folgende Bedingungen müssen erfüllt sein, damit über Aerosolpartikel eine COVID-19-Erkrankung ausgelöst werden kann:

  • Die Menge infektiöser SARS-CoV-2-Viren im Aerosol ist groß genug, dass es bei menschlichem Kontakt mit dem Aerosol prinzipiell zu einer Infektion kommen kann. Diese Menge an Viren (Infektionsdosis) ist derzeit noch nicht bekannt und vermutlich von individuellen Faktoren abhängig.
  • Das virushaltige Aerosol trifft auf empfindliche Zellen (z. B. Zellen der Atemwege, aber auch der Bindehäute der Augen) einer nicht infizierten Person.
  • Es kommt zu einer Vermehrung des Virus in diesen Zellen.

Bezüglich der Gefährdung durch virushaltige Partikel gibt es zwei gegenläufige Effekte:

Größere Partikel können absolut gesehen mehr Viren enthalten und somit potenziell infektiöser sein. Gleichzeitig sinken größere Tröpfchen schneller zu Boden, stehen also nur für einen kürzeren Zeitraum für luftübertragene Infektionen zur Verfügung. Zur Verminderung eines Infektionsrisikos durch solche größeren Partikel wurde die Abstandsregelung von 1,5 m empfohlen.

Kleinere Partikel in einem Aerosol enthalten tendenziell weniger Viren, können aber länger im Schwebezustand in der Luft verbleiben. Damit können sie auch über größere Distanzen als 1-2 m und für längere Zeiträume ein Infektionsrisiko darstellen [4]. Der Bericht von Infektionen während einer mehrstündigen Chorprobe, bei der soziale Abstandsregeln bereits eingehalten wurden, legt den Schluss nahe, dass das dort beobachtete erhöhte Infektionsgeschehen durch eine Übertragung kleinerer Partikel mit langer Aufenthaltsdauer in der Raumluft hervorgerufen wurde [5].

 

Wie kann das Infektionsrisiko über Aerosolpartikel vermindert werden?

Zum einen können Maßnahmen ergriffen werden, um das Ausscheiden von Aerosolpartikeln zu vermindern. Hierzu gehören die Niesetikette (Niesen in die Armbeuge oder in ein Tuch) und das Tragen einer Mund-Nasen-Bedeckung [1]. Durch das Tragen einer Mund-Nasen-Bedeckung wird die Menge der freigesetzten Aerosolpartikel deutlich reduziert, wobei der Wirkungsgrad mit der Partikelgröße zunimmt [5, 6]. Dies bedeutet, dass kleinere Partikel weniger gut von einer Mund-Nasen-Bedeckung zurückgehalten werden als größere.

Zum anderen können die bekannten Abstandsmaßnahmen ergriffen werden, um zu vermeiden, dass ausgeschiedene Aerosolpartikel unverdünnt von einer Person zur nächsten gelangen können (siehe Abbildung 2) [1]. In bestimmten Situationen, in denen sich kleinere Partikel in der Luft anreichern können, ist diese Maßnahme aber nicht ausreichend [4].

In Innenräumen ist aufgrund des beschränkten Luftvolumens die Wahrscheinlichkeit einer Anreicherung infektiöser Partikel generell höher als im Freien. Daher besteht beim Aufenthalt von mehreren Menschen in Innenräumen ein erhöhtes Infektionsrisiko. Für die Wahrscheinlichkeit, dass es in Innenräumen zu einer Infektion kommt, spielen zahlreiche Faktoren eine Rolle, die von Fall zu Fall sehr unterschiedlich sein können: u. a. Zahl der anwesenden Personen, Aktivität der Personen, Raumvolumen, Luftwechsel, Luftströmung, die Art der vorhandenen Lüftung (Fensterlüftung, Lüftungsstechnik) und eventuell eingesetzte Filter.

Besonders kleine Räume, wie Toilettenräume, Gemeinschaftsküchen, Umkleide- und Aufzugskabinen oder kleine Büros, sind in dieser Hinsicht problematisch, wenn sie von mehreren Personen genutzt werden. Hier müssen strikt einzuhaltende Nutzungspläne erarbeitet werden, um eine zeitliche oder räumliche Trennung der Nutzerinnen und Nutzer zu erreichen. Auch in Besprechungsräumen muss darauf geachtet werden, dass diese nicht von zu vielen Personen gleichzeitig genutzt werden und sich die Anzahl der Personen bzw. deren Aufenthaltsdauer nach den räumlichen Gegebenheiten (z.B. Raumgröße, Luftwechsel) richtet. Außerdem können angepasste Lüftungskonzepte zur Reduktion der Partikelkonzentration beitragen (siehe Frage unten).

In Innenräumen sollten bei Zusammenkünften alle Aktivitäten vermieden werden, die dazu führen, dass vermehrt Aerosolpartikel ausgeatmet werden und sich damit die Konzentration infektiöser Partikel erhöht, sofern diese in der ausgeatmeten Luft vorhanden sind. Zu solchen Aktionen gehört das gelegentliche (nicht zwingend mit einer infektiösen Erkrankung assoziierte) Niesen und Husten, welches aus diesen Gründen in die Armbeuge erfolgen sollte. Aber auch Singen, Rufen und Schreien führen dazu, dass vermehrt Partikel entstehen und sich in Innenräumen anreichern. Auch beim Musizieren mit (Blas-)Instrumenten können Aerosolpartikel entstehen. Zu bedenken ist, dass auch sportliche Aktivitäten, die mit einer erhöhten Atemrate einhergehen, zu einer vermehrten Ausatmung von Aerosolpartikeln führen. Lassen sich erhöhte Aerosolfreisetzungen nicht vermeiden, empfiehlt es sich, umso intensiver zu lüften (siehe unten) oder Aktivitäten nach Möglichkeit ins Freie zu verlagern.

Ein Diagramm zeigt die Wirkungsweise einer Mund-Nasen-Bedeckung
Abbildung 2

Abbildung 2: Wirkungsweise von Mund-Nasen-Bedeckungen („Masken“) zur Reduzierung der Ausbreitung von virushaltigen Partikeln [6].

Quelle: Umweltbundesamt Download (PDF)
 

Wird durch das Tragen einer Maske vermehrt Kohlendioxid eingeatmet, was zu gesundheitlichen Problemen führt?

Es gibt sehr verschiedene Masken, die sich in ihrem Design, ihrer Schutzwirkung und möglicher unerwünschter Wirkungen teils deutlich unterscheiden. Eine detaillierte Übersicht zu den verschiedenen Typen und deren Verwendung steht auf der Internetseite des Bundesinstituts für Arzneimittel und Medizinprodukte (BfArM):

Grob lassen sich die Masken unterteilen in

  • Mund-Nasen-Bedeckungen (Synonyme: Alltagsmasken, Stoffmasken),
  • medizinische Gesichtsmasken (Synonym: OP-Masken) und
  • partikelfiltrierende Halbmasken (Synonym: FFP2- Masken).

Es gibt einige Studien, die die kurzzeitigen Auswirkungen des Tragens verschiedener Maskentypen auf eine mögliche CO2-Belastung hin untersucht haben [25-29]. Hier wurden begrenzte Stichproben untersucht und daher lassen sich keine Rückschlüsse auf die individuelle Situation jedes einzelnen ziehen. Bei allen drei oben genannten Maskentypen kann es zu Erhöhungen der CO2-Konzentration hinter der Maske bzw. in der Atemluft [25,27,28] oder zu einem Anstieg des CO2-Gehalts im Blut [25,26,28,29] kommen. Die beobachteten CO2-Veränderungen sind dabei vom verwendeten Maskentyp abhängig. So war zum Beispiel die Erhöhung des CO2-Gehalts im Blut beim Tragen von FFP2-Masken am höchsten und bei Alltagsmasken am niedrigsten [26]. Insgesamt stieg der CO2-Gehalt im Blut nur wenig an, so dass die Autoren schlussfolgern: „Der Einsatz gängiger Gesichtsmasken führte zu einer messbaren, aber klinisch nicht relevanten Veränderung der Blutgase im Vergleich zur maskenfreien Belastung.“ [26]. Generelle Empfehlungen bezüglich des Masken-Tragens und der jeweiligen Einsatzbereiche sind auf den Internetseiten des Robert-Koch-Instituts (RKI) nachzulesen.

Dort wird auch auf die speziellen Einsatzbereiche von partikelfiltrierenden Halbmasken hingewiesen. Durch ihre hohe Dichtigkeit verursachen diese Masken beim korrekten Sitz eine höhere Belastung mit CO2 und einen erhöhten Atemwiderstand als andere Masken. Daher sind solche Masken grundsätzlich nicht für alle Menschen als geeignet anzusehen und die Tragezeit sollte begrenzt oder durch Pausen unterbrochen werden. Die Anwendung solcher Masken setzt eine Abwägung der persönlichen Risiken (Infektionsrisiken und andere Gesundheitsrisiken) voraus, die im Einzelfall, insbesondere, wenn solche FFP-Masken längere Zeit getragen werden, eine ärztliche Beratung erforderlich machen.

 

Kann ich im Selbstversuch die Kohlendioxid-Konzentration hinter meiner Maske mit einem Innenraumluftmessgerät messen?

Mit einem Gerät für die Messung von CO2-Konzentrationen in Innenräumen ist dies nicht möglich. Für die Raumluftmessung gedachte Sensoren sind nicht dafür ausgelegt, große Kohlendioxid-Konzentrationsänderungen in Echtzeit anzuzeigen, da sich Konzentrationsänderungen in der Raumluft normalerweise wegen des großen Raumvolumens deutlich langsamer vollziehen als direkt im Atemluftstrom eines Menschen.

Im Umweltbundesamt wurde dieser Sachverhalt wie folgt nachgestellt:

Mit einem Gerät für die Messung von CO2-Konzentrationen in Innenräumen wurde direkt vor dem Mund unter einer OP-Maske die CO2-Konzentration gemessen sowie ein weiteres Mal ohne Maske. In beiden Fällen zeigten die Messgeräte beim Ausatmen solch hohe Kohlendioxid-Konzentrationen an, wie sie normalerweise in Innenräumen nicht erreicht werden. Das liegt daran, dass die ausgeatmete Luft eines Menschen etwa vier Prozent (40.000 ⁠ppm⁠) Kohlendioxid enthält. Da der Anteil von CO2 an der Umgebungsluft im ⁠Außenbereich⁠ nur etwa 0,04 Prozent (400 ⁠ppm⁠) beträgt, werden in Innenräumen, in denen sich die ausgeatmete Luft rasch verdünnt, solche Werte normalerweise nie erreicht.

Wurde während des Versuchs in normaler Atemfrequenz immer wieder ein- und ausgeatmet, blieb die CO2-Konzentration vor dem Mund hoch – ob mit oder ohne Maske. Dieser Effekt beruht auf der Trägheit der meisten in Kohlendioxidmessgeräten verbauten Sensoren, die aufgrund ihrer Bauweise relativ schnell hohe Konzentrationen anzeigen können, jedoch Konzentrationsverminderungen nur mit größerer Verzögerung widerspiegeln. So kann der falsche Eindruck entstehen, die Kohlendioxidkonzentration unter der Maske wäre unveränderlich hoch oder würde sogar immer weiter ansteigen.

Fazit: CO2-Messgeräte für die Raumluft sind für diese Art von Messungen nicht geeignet.

 

Welche Bedeutung haben Modellrechnungen für die Einschätzung eines Infektionsrisikos mit SARS-CoV-2 in Innenräumen?

Aufgrund der weiter anhaltenden COVID-19-Pandemie wächst die Nachfrage nach Prognosemodellen, um die Wahrscheinlichkeit einer Übertragung des SARS-CoV-2 durch ⁠Aerosole⁠ in der Raumluft, auch bei unterschiedlich gestalteten Einzelsituationen, besser abzuschätzen.

Mathematische Modelle zur Simulation der Ausbreitung von Viruspartikeln in Innenräumen und einer anschließenden Infektion sind seit 2020 für SARS-CoV-2 entwickelt worden bzw. werden laufend weiterentwickelt [6‒21]. Viele der Modelle sind online nutzbar [13‒21]. Die Modelle beschreiben im Grundsatz einige oder alle der folgenden, für Infektionen wichtigen Prozesse:

  1. Das Ausatmen bestimmter Mengen virushaltiger Partikel durch eine oder mehrere infektiöse Personen beim ruhigen Atmen, Sprechen, Singen, oder bei körperlichen Aktivitäten (Sport).
  2. Die Ausbreitung bzw. Verteilung dieser virushaltigen Partikel in einem begrenzten Raumvolumen.
  3. Die Minderung der Raumluftkonzentration virushaltiger, infektiöser Partikel durch Lüftung, Lüftungstechnik, den eventuellen Einsatz von Luftreinigern, aber auch natürliche ⁠Deposition⁠ (Absetzen auf Oberflächen) und Inaktivierung der Viren.
  4. Die Bestimmung einer über die Atmung aufgenommenen Menge an Viren bei nicht infizierten Personen.
  5. Die Bestimmung der Wahrscheinlichkeit, dass diese Personen durch diese aufgenommene Menge an Viren infiziert werden, erkranken und somit zu Überträgern werden können.

Bei der Anwendung der Modelle [13‒21] sind zentrale Eingangsparameter durch Nutzerinnen und Nutzer wählbar bzw. werden im Modellansatz vorgeschlagen. Dies betrifft die geplante Anzahl der zusammenkommenden Personen, ihre jeweilige Aktivität (ruhiges Atmen, Sprechen, Singen etc.), ihre Aufenthaltsdauer im Raum, die Maße des Raums (Raumvolumen) und die Art und Qualität der Lüftung, in der Regel ausgedrückt durch die Luftwechselrate. Das Tragen von Mund-Nasenbedeckungen (MNB), Mund-Nasen-Schutz oder Schutzmasken nach Arbeitsschutzstandards (FFP2) kann durch einen Faktor zur Abschwächung der ausgeschiedenen bzw. inhalierbaren Menge an virushaltigem Material berücksichtigt werden.

Die meisten der Modelle bieten als Ausgabeparameter eine absolute Infektionswahrscheinlichkeit für ein gewähltes ⁠Szenario⁠ an [13‒16; 19‒21]. Die Modelle der RWTH Aachen [11] und der IBO Innenraumanalytik OG [18] beschränken sich darauf, eine relative Infektionswahrscheinlichkeit gegenüber einem Referenzszenario anzugeben, bei dem Infektionen als sehr unwahrscheinlich angenommen werden.

Die Kommission Innenraumlufthygiene (IRK) am ⁠UBA⁠ hat sich mit der Nutzbarmachung der Modelle für praktische Aufgabenstellungen befasst und auch eigene Simulationen auf Basis des Modells der RWTH Aachen [17] durchgeführt. Insbesondere beschäftigte die IRK die Frage, ob die Rechenmodelle eine Hilfestellung dafür geben können, bei welcher Raumbelegung, Nutzungsart, Aufenthaltsdauer und Lüftungseigenschaften in einem bestimmten Raum ein erhöhtes Infektionsrisiko mit SARS-CoV-2 durch Aerosolpartikelübertragung entstehen kann, sobald sich eine infizierte Person im Raum befindet.

Eine wichtige Feststellung war, dass alle Modelle weitreichende und teilweise stark vereinfachte Annahmen bezüglich der ablaufenden Prozesse treffen müssen und die absolute Wahrscheinlichkeit, sich mit SARS-CoV-2 über Aerosole zu infizieren, nur mit beträchtlichen Unsicherheiten zu prognostizieren ist. So weiß man in der Praxis nicht, ob sich nur eine oder gleiche mehrere infizierte Personen in einem Raum aufhalten. Allgemeine ⁠Unsicherheit⁠ besteht auch bezüglich der Annahme zur nötigen Menge an virushaltigen Partikeln, die bei einer gesunden Person eine Infektion auslöst. Nach medizinischem Kenntnisstand hängt dieser Parameter stark von individuellen Faktoren, zum Beispiel vom Immunstatus ab. Die Aussagekraft der genannten Modelle ist insofern grundsätzlich begrenzt, als dass sie zwar Infektionen über die Ausbreitung von Aerosolen im Raum (indirekte Infektionen) abschätzen, nicht oder nur bedingt aber mögliche direkte Infektionen im Nahfeld (Sprechen und Husten zwischen Sitznachbarn). 

Darüber hinaus unterscheiden sich die von individuellen Personen ausgestoßenen Mengen virushaltiger Partikel um mehrere Größenordnungen, sodass meist von statistischen Verteilungen und/oder von Personen ausgegangen wird, die besonders viele Viren ausatmen (eine Art „Worst Case“). Weitere Unsicherheiten bestehen methodenbedingt bei der räumlichen Verteilung der Partikel im Raum (meist wird eine unverzügliche und homogene Vermischung der Raumluft angenommen), bei der Lüftungseffizienz und auch bei der Annahme der Wirksamkeit eventuell verwendeter Mund-Nasen-Masken. Wegen dieser Unsicherheiten und Variabilität bei den Modellannahmen gelten die berechneten Ergebnisse, z. B. exakte Angaben zu Infektionsrisiken oder Raumnutzungszeiten, grundsätzlich nur für die im jeweiligen Modell vorausgesetzten idealisierten Szenarien und nicht für konkrete Einzelfälle.

Letztlich ist die Summe der aufgeführten Aspekte auch der Grund, warum die IRK vorläufig von einer eigenen Stellungnahme absieht, um nicht daraus politische Entscheidungen abzuleiten, welche die modellbasierten Abschätzungen gar nicht hergeben.

Eine Interpretation der Rechenergebnisse sollte daher auf ergänzende Prüfungen gestützt werden. Praktisch bieten sich etwa Sensitivitätsanalysen mit einer Variation der Eingangsparameter eines Modells und einem Vergleich zwischen den Ergebnissen verschiedener Modelle an. In der Regel werden in den Veröffentlichungen über die Modelle auch eines oder mehrere in der Literatur dokumentierte Infektionsereignisse rekonstruiert. Dann ist es aufschlussreich, mit welcher Wahl der Modellparameter die für ein Ereignis dokumentierte Zahl der Sekundärinfektionen reproduziert werden kann. Die aktuelle Entstehung und Verbreitung neuer Virusmutationen wie SARS-CoV-2 B.1.1.7, die möglicherweise infektiöser als das Ausgangsvirus sind, verändert diese Annahmen möglicherweise systematisch. Die Abhängigkeit der Modellergebnisse auf sich ändernde Eigenschaften des Virus kann provisorisch durch Anpassung der Modellparameter untersucht werden, indem entweder die Emissionsrate der Viren um einen entsprechenden Prozentsatz erhöht oder die zur Auslösung einer weiteren Infektion erforderliche Infektionsdosis analog gesenkt wird.

Um zumindest Unsicherheiten bezüglich der infektiösen Eigenschaften des Virus zu vermeiden, hat sich die IRK insbesondere mit dem Modell der RWTH Aachen [12, 17] beschäftigt, welches keine absolute Infektionswahrscheinlichkeit angibt, sondern eine Infektionswahrscheinlichkeit relativ zum Risiko in einem Referenzszenario (Raumbelegung 25 Personen, eine sprechende Person, Raumvolumen 200 m³, Aufenthaltsdauer 1 h, maschineller Luftwechsel 4,4 h-1). Die IRK kommt zu dem Schluss, dass das RWTH-Modell für Nutzungsbetrachtungen in Innenräumen eine Hilfestellung bieten kann, indem bestimmte Raum- und Nutzungsparameter mit einer Referenzsituation verglichen werden.

Die Modelle erlauben es, bislang bekannte Aussagen nun auch quantitativ abzuleiten, z. B. ist das Infektionsrisiko umso niedriger,

  • je größer das Volumen des Innenraums ist,
  • je weniger Personen sich im Raum aufhalten,
  • je kürzer Personen sich im Raum aufhalten,
  • je weniger aerosolbildende Aktivitäten wie lautes Sprechen, Rufen, Singen etc. stattfinden,
  • wenn möglichst gutsitzende und gut filtrierende Masken getragen werden und
  • wenn eine möglichst hohe Luftwechselrate erzielt werden kann, bestenfalls durch eine raumlufttechnische (RLT-)Anlage mit Außenluftzuführung.

Das UBA kommt zum Schluss, dass Modellrechnungen eine Hilfestellung beim Vergleich von Infektionswahrscheinlichkeiten durch Aerosole in verschiedenen Situationen bieten können. Das absolute Infektionsrisiko mit SARS-CoV-2 hängt im Einzelfall – selbst bei einem in der Zukunft fortschreitenden Stand des Wissens und der Modellentwicklung – immer von Unwägbarkeiten ab, die sich mit den diskutierten Modellen nicht auflösen lassen. Dies betrifft insbesondere die Infektiosität und die Positionen der Personen im Raum. Unbeschadet dieser prinzipiellen Grenzen können die Modelle die Größenordnung des absoluten Infektionsrisikos einordnen, eine Information, die zur Eingrenzung des sich dynamisch entwickelnden Infektionsgeschehens genutzt werden kann.

Modellergebnisse können Aspekte zur Risikoabwägung beitragen, wenn beispielsweise Prioritäten bei der Nutzung von Räumlichkeiten gesetzt werden müssen. Modellergebnisse eignen sich nicht als alleinige Begründung für den vermeintlich sicheren Aufenthalt in Räumen. Für die Dauer der COVID-19-Pandemie sollten Zusammenkünfte von Menschen daher auch weiterhin an allererster Stelle auf ihre Notwendigkeit geprüft werden.

 

Welche raumlufthygienischen Maßnahmen können die Konzentration infektiöser Aerosolpartikel minimieren?

Durch wirksames Lüften (Austausch der Raumluft gegen Außenluft) kann die Konzentration an infektiösen Partikeln in der Innenraumluft reduziert werden.

Bei Fensterlüftung ist eine Querlüftung, die über einen Durchzug Raumluft schnell gegen Frischluft austauscht, optimal, leider aber nicht immer praktisch durchführbar. Als wirksam gilt die Stoßlüftung bei weit geöffnetem Fenster (besser mehrere in einem Raum gleichzeitig) über einige Minuten Dauer. Nur wenig wirksam ist das bloße Ankippen der Fenster, auch wenn dies dauerhaft erfolgt.

Für einen wirksamen Infektionsschutz sollten Räume, in denen sich viele Personen versammeln, so gut und so oft wie möglich gelüftet werden. An Schulen muss auch zur Verminderung der Kohlendioxidbelastung während des Unterrichtes gelüftet werden [22]. Bei Neubauten und aufwendigen Sanierungen ist es am nachhaltigsten, wenn in stark belegten Räumen von vorn herein baulich eine Grundlüftung über eine raumlufttechnische (RLT) Anlage erfolgt. In Schulen gilt dies bereits als künftig anzustrebender Regelstandard [22]. Auch bei Wohngebäuden wird dies bei immer dichter werdenden Gebäudehüllen zunehmend erforderlich werden.

Im Fall hochinfektiöser Erreger wie SARS-CoV-2-Viren ist zu beachten, dass jenseits des Lüftens die bekannten AHA-Maßnahmen wie das Tragen einer Mund-Nasen-Bedeckung, das Abstandhalten und ein angepasster Nutzungsplan wesentlich sind, um direkte Infektionen zu vermeiden.

Zur Auswirkung von dezentralen und zentralen Lüftungsanlagen finden sich FAQs unter: https://www.umweltbundesamt.de/coronaviren-umwelt#wie-wird-das-neuartige...

 

Können mobile Luftreinigungsgeräte einen Beitrag leisten, um das Infektionsrisiko in Innenräumen durch SARS-CoV-2 zu reduzieren?

Mobile Geräte zur Luftreinigung dienen der Reduzierung von in Raumluft enthaltenen Partikeln bzw. Mikroorganismen. Je nach technischer Auslegung (Prinzip; Dimensionierung) sind sie in der Lage, Viren aus der angesaugten Luft zu entfernen bzw. zu inaktivieren. Allerdings hängt die Effizienz neben der Technik auch von den Aufstellbedingungen vor Ort, der Luftverteilung im Raum etc. ab. [23]. Da mobile Luftreinigungsgeräte jedoch unter Anderem kein anfallendes Kohlendioxid und keinen Wasserdampf aus der Raumluft entfernen, sind sie kein Ersatz für die in den Empfehlungen der IRK vom 12.8.2020 beschrieben Lüftungsmaßnahmen [24].

Im Grundsatz sind vier Technologien bei Luftreinigern zu unterscheiden:

  • Filtertechnologien
  • UV-C Technologien
  • Ionisations- und Plasmatechnologien
  • Ozontechnologien

Hierzu ist im Einzelnen anzumerken:

1. Filtertechnologie

Mobile Filtergeräte sollten möglichst mit hocheffizienten Gewebefiltern (Filterklassen H 13 oder H 14) ausgestattet sein, da nur diese eine vollständige Entfernung von Viren aus der durch das Gerät gesaugten Luft gewährleisten. Feinfilter der Klassen F7 bis F9 (alte Bezeichnung) bzw. ISO ePM2,5 65% bis ISO ePM1 80% (neue Bezeichnung), wie sie z.B. in herkömmlichen raumlufttechnischen Anlagen (RLT-Anlagen) mit zwei Filterstufen zum Einsatz kommen, lassen einen Anteil der Aerosolpartikel in der behandelten Luft übrig. Filtergeräte mit hocheffizienten Filtern sind in der Lage, die Zahl der die Aerosolpartikel in einem Raum zu senken. Um die bestmögliche Wirkung mit Filtergeräten zu erzielen und über die Dauer der Betriebszeit zu erhalten, müssen die Filter in der Regel nach einer gewissen Betriebszeit gewechselt werden. Je nach Staub- und Partikelbelastung kann das nach einem halben bis einem Jahr der Fall sein. Hierzu sind Fachkenntnisse oder geschultes Personal erforderlich. Um keinen störenden Geräuschpegel im Raum entstehen zu lassen, sollten vor Beschaffungen entsprechende Kenndaten zur Geräuschentwicklung vom Hersteller eingeholt werden.

2. UV-C Technologie

UV-C Strahlung ist vom Grundsatz her in der Lage, Mikroorganismen wie Bakterien und Viren zu inaktivieren. Geräte mit UV-C Strahlungsquellen werden schon seit langem zur Entkeimung von Oberflächen z. B. in Laboren oder zur Raumluftdesinfektion in lebensmittelverarbeitenden Betrieben eingesetzt. Für die Wirksamkeit gegen infektiöse ⁠Aerosole⁠ in einem Innenraum ist entscheidend, ob ein Gerät einen ausreichend großes Luftvolumen desinfizieren und die gereinigte Luft gut im Raum zirkulieren kann. Die Wirksamkeit ist abhängig von der Bestrahlungsintensität und von der Bestrahlungszeit der Luft im Gerät. Für Augen und Haut stellt UV-C Strahlung ein gesundheitliches Risiko dar. Deshalb wird der Einsatz dieser Strahlungsquellen als offene UV-C Lampe und auch in mobilen Luftreinigern vom ⁠UBA⁠ für den nicht gewerblichen Einsatz als kritisch betrachtet. Geräte sollten in öffentlichen Bereichen wie Schulen nur eingesetzt werden, wenn gesichert ist, dass kein UV-Licht in den Raum freigesetzt werden kann. Die IRK empfiehlt in ihrer Stellungnahme vom 16.11.2020 daher a) den Nachweis der Gerätesicherheit und b) den Nachweis der Wirksamkeit – als Prüfung des eingesetzten mobilen Geräts. In privaten Wohnungen sieht das UBA den Einsatz solcher Geräte aus Sicherheitsgründen weiterhin kritisch, denn hier bestehen meist wenig Kontrollmöglichkeiten, was die sachgerechte Verwendung, Wartung und den bestimmungsgemäßen Gebrauch angeht. Mobile Geräte mit UV-C-Technik haben gegenüber solchen mit Filtration den Vorteil der meist geringeren Geräuschentwicklung im Betrieb.

3. Ionisations- und Plasmatechnologie

Auch Ionisation und Plasma sind in der Lage, Mikroorganismen wie Bakterien und Viren zu inaktivieren. Im Rahmen von Luftreinigungsanlagen findet diese Technologie seit vielen Jahren Anwendung. Tendenziell sind auch die Geräte wartungsärmer als solche mit Filtration, weil keine Filter zu ersetzen sind. Auch die Geräuschentwicklung ist im Allgemeinen geringer als bei filtrierenden Geräten. Dem UBA liegen derzeit jedoch keine Daten vor, ob der Luftdurchsatz und die Effizienz der im Handel befindlichen Geräte ausreichen, um einen ausreichenden Schutz gegen eine Infektion mit SARS-CoV-2 in großen und dicht belegten Innenräumen wie Klassenräumen zu gewährleisten. Generell sollte vor Beschaffung entsprechender Geräte eine Wirksamkeitsprüfung vom Hersteller eingeholt werden. Weiterhin ist bei dieser Technologie zu beachten, dass beim Betrieb unerwünschtes Ozon im Innenraum entstehen kann, dessen gesundheitliche Auswirkungen bei fehlender Datenlage nicht abzuschätzen sind. Aufgrund des Präventionsgedankens sollten Ozoneinträge vermieden werden.

4. Ozontechnologie

Eine gezielte Behandlung von Raumluft mit Ozon (auch während der Durchleitung der Luft durch einen mobilen Luftreiniger) lehnt das UBA grundsätzlich ab. Ozon ist ein Reizgas und kann mit anderen Stoffen, allen voran mit flüchtigen organischen Verbindungen (⁠VOC⁠), chemisch reagieren und dabei unbekannte Folgeprodukte bilden. Diese Kategorie von Luftreinigern ist ungeeignet für eine Anwendung in Räumen, in denen sich Personen befinden.

Für eine größtmögliche Wirksamkeit von mobilen Luftreinigungsgeräten (egal mit welcher Technologie sie arbeiten) ist die sorgfältige Planung und Realisation des Aufstellungsortes im Raum und die Berücksichtigung der Raumgegebenheiten (Raumvolumen, Luftführung und Luftströmungen im Raum) von entscheidender Bedeutung. Der Luftdurchsatz muss in Abhängigkeit der Raumgröße und der Anzahl der Personen im Raum einstellbar sein. Auch die Ansaug- und Abblasrichtung der durch das Lufteinigungsgerät hindurch geleiteten Luft sind entscheidend dafür, dass der Luftreiniger wirklich einen wesentlichen Anteil der Mischluft im Raum ansaugen und als gereinigte Luft wieder in den Raum abgeben kann.

In der Produktliteratur finden sich häufig Prüfberichte zu Luftreinigungsgeräten, wo zu Beginn des Experiments ein Raum einmalig mit Partikeln gefüllt wird, und anschließend Abklingkurven infolge der Luftreinigung ausgewertet werden. Solche Prüfberichte erwecken den Eindruck, man könne die Konzentration von Aerosolen in einem Realraum beliebig reduzieren. Die reale Situation ist jedoch verschieden, insofern eine infektiöse Person kontinuierlich virushaltige Aerosole in die Raumluft emittiert. Ein mobiles Gerät kann die Konzentration von Aerosolen in einer realen Situation somit reduzieren, aber zu keinem Zeitpunkt auf null bringen. Sind mehrere infektiöse Personen anwesend, würde die Reinigungswirkung mobiler Geräte in Bezug auf virushaltige Aerosole entsprechend weiter sinken. Mobile Luftreinigungsgeräte dürfen daher nicht als absoluter Schutz vor infektiösen Aerosolen angesehen werden.

Es ist zu beachten, dass die hier beschriebenen Luftreinigungstechniken nicht zu einer Minderung der Raumluftbelastung mit Kohlendioxid und Wasserdampf aus der Atemluft beitragen. In dicht belegten Räumen, wie an Schulen und Bildungseinrichtungen, entstehen ohne Lüftung unerwünscht hohe Konzentrationen an Kohlendioxid, die sich mindernd auf geistige Konzentration und Lernleistung auswirken können [21]. Daher ersetzen mobile Luftreinigungsgeräte nicht die Notwendigkeit eines aktiven Lüftens, welches entweder kontinuierlich durch raumlufttechnische Anlagen oder periodisch über Fenster zu erfolgen hat. Mobile Luftreinigungsgeräte sollen nach Auffassung des UBA daher nur im Verbund mit Lüftungsmaßnahmen und den allgemeinen Hygieneregeln (AHA-Regeln (Abstand, Hygienemaßnahmen, Mund- und Nasenschutz) eingesetzt werden.

 

Kann durch verstärkte Lüftung über geöffnete Fenster bei niedrigen Außentemperaturen die Entwicklung von Erkältungskrankheiten begünstigt werden?

Infektionen der Atemwege sind gerade im Winter häufig und äußern sich üblicherweise in Form einer Erkältungskrankheit. Diese stehen grundsätzlich in einem ursächlichen Zusammenhang mit infektiösen Partikeln, gegenüber denen man ausgesetzt ist oder war. Sehr häufig sind Rhinoviren für Erkältungserkrankungen verantwortlich, aber auch viele andere Viren können zu Erkältungen führen.

Nicht die Kälte verursacht also die Krankheit, sondern die Krankheitserreger.

Allerdings haben Kälte und Luftfeuchte einen Einfluss auf unseren Gesundheitszustand und die Wahrscheinlichkeit, dass wir uns anstecken:

  • Es hängt von den biochemischen Eigenschaften der Viren ab, ob diese eher bei hoher relativer Luftfeuchtigkeit stabil und infektiös bleiben oder bei niedriger, jedoch ist zumeist eine kalte Umgebungsluft für die Stabilität und Infektiosität förderlich [30, 31].
  • Trockene Luft begünstigt eine geringe Tröpfchengröße von virushaltigen Aerosolpartikeln. Kleinere Aerosolpartikel verbleiben lange in der Umgebungsluft – gerade in Innenräumen [32].
  • Ausgekühlte obere Atemwege sind empfänglicher für Infektionen, weil die Kälteeinwirkung, besonders in Kombination mit einer Austrocknung der Schleimhäute, zu einer reduzierten Abwehr infektiöser Partikel führt [33, 34].

Kalte Luft macht also nicht krank, aber sie begünstigt Erkältungen durch Krankheitserreger.

Das ⁠UBA⁠ sieht grundsätzlich keine Gesundheitsgefährdung im Hinblick auf Erkältungskrankheiten, wenn in Innenräumen vermehrt gelüftet wird. Jedoch kommt es auf das Vorgehen bei der Lüftung an: So ist zu empfehlen, bei niedrigen Außentemperaturen nicht dauerhaft zu lüften, sondern gemäß den Empfehlungen der Innenraumlufthygienekommission lediglich regelmäßige Stoßlüftungen vorzunehmen. Auf diese Weise kommt es weder zu längerfristigem Absinken der Raumtemperatur noch zu einer dauerhaften Reduzierung der relativen Luftfeuchtigkeit im Innenraum. Es ist zwar denkbar, dass es – insbesondere bei unzureichender Bekleidung – durch Zugluft und Kälte vermehrt zu üblichen Erkältungssymptomen kommen kann. Diese meist harmlosen Symptome stehen jedoch, selbst wenn sie im Rahmen einer im Winter üblichen Erkältung auftreten, in keinem Vergleich – das gesundheitliche Risiko betreffend – zu einer COVID-19 Infektion.
Während Erkältungskrankheiten fast immer einen milden Verlauf haben und grundsätzlich vollständig ausheilen, handelt es sich bei COVID-19 um eine Infektionskrankheit der Atemwege, welche zu einer gefährlichen viralen Lungenentzündung führen kann. Fünf Prozent der Infektionen verlaufen kritisch und müssen im Krankenhaus teilweise intensivmedizinisch behandelt werden.

COVID-19 ist keine harmlose Erkältung.

Die Lüftungsempfehlungen des UBA leisten einen Beitrag sowohl zum Schutz vor COVID-19 als auch zur Prävention von Erkältungskrankheiten. Denn es gilt als wahrscheinlich, dass gerade der im Winter vermehrte Aufenthalt in schlecht belüfteten Innenräumen zu einer Infektion auch durch Erkältungsviren beiträgt [35-37].

INFOBOX Luftfeuchtigkeit in Innenräumen und im ⁠Außenbereich

Grundsätzlich unterscheidet man zwischen relativer und absoluter Luftfeuchte.

Die absolute Luftfeuchte stellt den Anteil von Wasserdampf in einem Volumen Luft dar.
Dabei gilt generell: Warme Luft kann mehr Wasserdampf speichern als kalte Luft.
So kann z.B. ein Kubikmeter Luft bei 22 °C höchstens ca. 20 g Wasser in Form von Wasserdampf speichern; bei 0 °C nur ca. 5 g.

Die relative Luftfeuchte gibt an, in welchem Maß die Luft mit Feuchte gesättigt ist. Bei einer relativen Luftfeuchte von 50 % enthält die Luft nur die Hälfte der Wasserdampfmenge, die bei der entsprechenden Temperatur maximal enthalten sein könnte. So enthält ein Kubikmeter Luft bei 22 °C und einer relativen Luftfeuchte von 50 % ca. 10 g Wasser.
Beim Lüften im Winter wird kalte Luft, die wenig Wasser in Form von Wasserdampf enthält, in den Raum gebracht. Erwärmt sich dann die Luft, so sinkt die relative Luftfeuchte in diesem Luftpaket. Dieser Effekt ist im Winter häufig dafür verantwortlich, dass nach Fensterlüftung die relative Luftfeuchte im Raum zeitweilig sinkt. Durch Feuchtequellen im Innenraum – z. B. durch das Atmen und die Transpiration der Raumnutzer, durch Zimmerpflanzen und den Luftaustausch mit angrenzenden Räumen (z.B. durch Duschen, Waschen, Kochen) – wird dieser Effekt in der Regel nach kurzer Zeit jedoch wieder ausgeglichen.

 

 

Verwendete Quellen

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LMU: Infovideo zu Hitze und Covid-19

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