Luftfilter für Schulen und Kitas planen, kaufen und in Betrieb nehmen – ein Leitfaden

Ist die Entscheidung getroffen, eine Einrichtung mit Luftfiltern auszustatten, egal ob vom Träger, der Stadt, dem Land oder einzelnen Eltern übernommen, steht man vor vielen Fragen, die man abwägen muss.

Zu allererst: Herzlichen Glückwunsch!

Die Entscheidung für saubere Luft zu sorgen, wird Ihre Kinder und die Mitarbeitenden nicht nur besser vor Infektionen schützen ^{1 2}, denn schon ein kurzer Aufenthalt im Innenraum mit einer Infektiösen Person kann zu Ansteckung führen ^{3 4 5}, sondern auch die Familien zu Hause werden davon profitieren ⁶.

Zusätzlich wird saubere Luft auch zu einer Steigerung des Wohlbefindens und der Leistung der Kinder beitragen. Dies wird möglich, da unnötige Pathogene wie Schimmel, Staub, Pollen ⁷ und weitere Altlasten wie zum Beispiel Asbest nicht mehr ungehindert eingeatmet werden ^{8 9}. Natürlich sind Luftfilter keine 100% Garantie auf Schutz, aber sie verringern die Gefahr um ein Vielfaches, ohne störend in den Unterricht, das Spielen und den Alltag einzugreifen. ^{10 11 12 13}

Wird zusätzlich noch konsequent gelüftet und der CO₂ Wert niedrig gehalten, sorgt dies für langfristige Effekte, die klar durch erhöhte Gesundheit bei Kindern und Mitarbeitenden, weniger Abwesenheit bei Kindern ¹⁴ und auch bei Mitarbeitenden und damit auch einer besseren Betreuung, nachgewiesen ist ¹⁵.

Wichtig ist es, für die Luftreinigung geeignete Geräte zu verwenden. Die am meisten verbreiteten Geräte sind HEPA Luftfilter (High Efficient Particulate Air), also „hocheffiziente Partikelfilter“, die es bei verschiedenen Herstellern gibt. 

Hierbei wird die Raumluft in das Gerät gesaugt und durch verschiedene Filter im Inneren gepresst. Meistens wird die Luft erst an einem Vorfilter vorgereinigt, um schon große Staubpartikeln oder Pollen zu entfernen. Oft geschieht dies in Kombination mit einem Aktivkohlefilter, der zusätzlich Gerüche entfernen kann. Anschließend wird die Luft durch den wirklichen HEPA Filter gepresst, Partikel mit einer Größe zwischen 0,1 und 0,3 Mikrometer mit einem Abscheidegrad von mindestens 99.95% aus der Luft filtert. Darunter fallen neben Asbestfasern und Schimmelsporen auch Viren. Nach der Reinigung wird die saubere Luft wieder in den Raum geblasen.

Wie funktioniert ein HEPA Luftreiniger

Ein Luftreiniger besteht aus mehreren Komponenten. Ein starker Rotor im Innenraum sorgt dafür, dass die Raumluft angezogen und durch den Luftfilter geleitet wird. Dabei passiert die Luft alle verbauten Reinigungsstufen und wird anschließend zurück in den Raum geleitet.

Rotor und HEPA Filter sind die einzigen Komponenten die zwingend erforderlich sind, alle anderen Komponenten sind optional.

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HEPA Filter

Vereinfacht gesagt besteht dieser HEPA Filter aus feinen Glasfasermatten, die auf einen Rahmen gespannt sind. Um die Fläche zu vergrößern, wird dies oft in Waben, Wellen, Zickzack oder anderen Anordnungen gemacht. Für das physikalische Prinzip ist es egal, ob es sich um einen nach DIN zertifizierten HEPA 14 oder HEPA 13 handelt, oder um eine Kombiform, die von vielen namhaften Herstellern verbaut ist, aber keine Zertifizierung hat. Es gibt allerdings mögliche Unterschiede im Abscheidungsgrad, die man beachten sollte.

Die Filterung mit HEPA basiert auf drei Prinzipien ¹⁶:

• Trägheitseffekt
  Wenn der Luftstrom den einzelnen Fasern ausweicht, können größere und schwerere Teilchen aufgrund ihrer Masse und des höheren Luftwiderstandes nicht sofort folgen und prallen auf die Glasfasern, wo sie haften bleiben.
• Sperreffekt
  Teile mittlerer Größe folgen zwar dem Luftstrom um die Glasfaser, bleiben aber aufgrund der chaotischen Anordnung der Glasfasermatten hängen, sobald sie einer Faser zu nahe kommen.
• Diffusionseffekt
  Kleine Partikel kollidieren mit den vielen anderen Molekülen im Luftstrom worauf sie ihre Richtung wechseln, gegen die Glasfasern prallen und daran haften bleiben

Vorfilter

Da das Ersetzen des HEPA Filters teuer sein kann und deshalb nicht zu oft passieren sollte, haben fast alle Luftreiniger einen separaten Vorfilter. Dieser Vorfilter fängt alle großen Partikel (wie Staub) ab und nur kleinere Partikel können wirklich bis zum HEPA passieren. Der Vorfilter ist meistens aus einem sehr feinen Netz, das man auch mit Wasser oder Staubsauger reinigen kann.

Aktivkohlefilter

Aktivkohle ist ein Material mit einer extrem porösen Struktur. Die hohe Porosität verleiht der Aktivkohle eine sehr große innere Oberfläche, die Verunreinigungen effektiv adsorbieren kann.

Die primäre Methode, durch die Aktivkohlefilter arbeiten, ist die Adsorption. Bei der Adsorption haften sich Moleküle von Gasen oder Dämpfen an die Oberfläche der Aktivkohlepartikel. Dies geschieht durch physikalische Wechselwirkungen wie Van-der-Waals-Kräfte.

Aktivkohlefilter sind besonders effektiv bei der Entfernung von gasförmigen Verunreinigungen und Gerüchen aus der Luft. Dazu gehören Chemikalien wie flüchtige organische Verbindungen (VOCs), Rauch, Kochgerüche, Tiergerüche und andere unangenehme Gerüche.

Ionisierung

Die Ionisierung ist eine weitere Technologie, die in einigen Luftreinigern verwendet wird, oft in Kombination mit HEPA- und Aktivkohlefiltern. Hier ist eine detaillierte Erklärung, wie die Ionisierung in Luftreinigern funktioniert:

Erzeugung von Ionen
Ein Ionisator in einem Luftreiniger erzeugt Ionen, indem er Luftmoleküle elektrisch auflädt. Dies geschieht normalerweise durch Hochspannungselektroden, die Elektronen abgeben. Diese Elektronen binden sich an Luftmoleküle und erzeugen negative Ionen (Anionen). Einige Ionisatoren erzeugen auch positive Ionen (Kationen).

Interaktion mit Luftpartikeln
Die erzeugten Ionen binden sich an Luftpartikel wie Staub, Pollen, Rauch und andere mikroskopische Verunreinigungen. Durch diese Bindung werden die Partikel ebenfalls elektrisch aufgeladen.

Aggregation der Partikel
Aufgeladene Partikel neigen dazu, sich gegenseitig anzuziehen und zu größeren Aggregaten zu verbinden. Diese größeren Partikel sind schwerer und sinken eher zu Boden oder werden leichter von Filtern im Luftreiniger eingefangen.

Vorteile der Ionisierung

Effektive Partikelentfernung:
Ionisatoren sind besonders effektiv bei der Entfernung sehr kleiner Partikel, die zu klein sind, um von mechanischen Filtern erfasst zu werden.

Reduzierung von Allergenen:
Die Aggregation und Entfernung von Partikeln kann die Menge an Allergenen in der Luft reduzieren, was für Menschen mit Allergien vorteilhaft ist.

Zusätzliche Reinigung:
Ionisierung kann eine zusätzliche Reinigungsmethode darstellen, die mechanische Filter ergänzt und die Gesamteffizienz des Luftreinigers erhöht.

Mögliche Nachteile der Ionisierung

Ozonbildung:
Einige Ionisatoren erzeugen als Nebenprodukt Ozon, ein Gas, das in hohen Konzentrationen gesundheitsschädlich sein kann. Moderne Ionisatoren sind jedoch oft so konstruiert, dass sie nur minimale Mengen Ozon produzieren oder zusätzliche Maßnahmen zur Ozonreduzierung beinhalten.

Partikelablagerung:
Aufgeladene Partikel können sich auf Oberflächen im Raum ablagern, was zu einer erhöhten Staubansammlung führen kann.

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UV-C

In HEPA-Luftreinigern wird manchmal auch UV-C-Licht (Ultraviolettstrahlung im C-Bereich) eingesetzt, um die Luft zusätzlich zu desinfizieren. Hier ist eine detaillierte Erklärung, wie UV-C-Licht in solchen Geräten funktioniert.

Funktionsweise

Erzeugung von UV-C-Licht:
UV-C-Licht wird typischerweise durch spezielle Quecksilberdampflampen oder LEDs erzeugt. Diese Lichtquelle sendet ultraviolette Strahlung im Bereich von etwa 100 bis 280 Nanometern (nm) aus, wobei die wirksamste Wellenlänge zur Desinfektion bei etwa 254 nm liegt.

Desinfektion durch UV-C-Licht:
Wenn Mikroorganismen wie Bakterien, Viren und Schimmelsporen dem UV-C-Licht ausgesetzt werden, dringt die Strahlung in deren Zellwände ein und beschädigt das genetische Material (DNA oder RNA). Diese Beschädigung verhindert die Replikation und führt zum Absterben der Mikroorganismen.

Integration in den Luftreiniger:
In einem HEPA-Luftreiniger ist die UV-C-Lichtquelle strategisch so positioniert, dass die Luft durch den Bereich mit UV-C-Strahlung geleitet wird. Dies geschieht normalerweise nach der HEPA-Filtration, um sicherzustellen, dass die meisten Partikel bereits entfernt wurden und die Mikroorganismen direkt der UV-Strahlung ausgesetzt werden. Es gibt auch Geräte in denen das UV-C Licht speziell dafür benutzt wird, den HEPA Filter zu reinigen.

Einige Luftreiniger kombinieren die UV-C-Strahlung auch mit Fotokatalyse, bei der ein Katalysator (oft TiO2, Titandioxid) in Verbindung mit UV-C-Licht zusätzliche reaktive Sauerstoffspezies (ROS) erzeugt, die weiter zur Zerstörung von Schadstoffen beitragen.

Sicherheitsaspekte:
UV-C-Licht ist schädlich für Haut und Augen. Daher ist die UV-C-Lichtquelle in Luftreinigern so konzipiert, dass sie vollständig abgeschirmt ist und keine Strahlung nach außen dringt. Das Design muss sicher stellen, dass die UV-C-Strahlung nur im Inneren des Geräts wirkt.

Vorteile der UV-C-Desinfektion

Effektive Keimabtötung:
UV-C-Licht ist sehr effektiv bei der Abtötung von Bakterien, Viren und Schimmelsporen, wodurch das Risiko von Krankheiten und Allergien verringert wird.

Zusätzliche Reinigungsstufe:
Die Integration von UV-C-Licht bietet eine zusätzliche Stufe der Luftreinigung neben der mechanischen Filtration durch HEPA-Filter und der Adsorption durch Aktivkohlefilter.

Mögliche Nachteile und Einschränkungen

Wartung:
UV-C-Lampen müssen regelmäßig ausgetauscht werden, da ihre Wirksamkeit mit der Zeit abnimmt.

Ozonbildung:
Einige UV-C-Lampen können als Nebenprodukt Ozon erzeugen, was gesundheitsschädlich sein kann. Moderne Geräte sind jedoch oft so konzipiert, dass die Ozonbildung minimiert wird.

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Wichtige Fragen im Bezug auf KITA und Schuleinrichtungen

Macht man sich auf die Suche nach geeigneten Luftfilter für z.B. KiTas oder Schulen, muss man sich im Vorfeld einige Fragen beantworten, die für den Hausgebrauch nicht offensichtlich sind. Viele dieser Fragen werden auch relevant, wenn man mit Schulleitung, Träger oder Elternbeirat diskutiert:

Bei der Berechnung muss jeder abgetrennte Bereich separat betrachtet werden. Es reicht nicht, einen für das Gesamtvolumen passenden Filter beliebig in einem Gebäude zu platzieren.

Jeder abgetrennte Bereich braucht seine eigene Luftreinigung.

Wichtig ist außerdem, sich mit den Tauschintervallen der verschiedenen Filter und den entstehenden Kosten für den Filtertausch zu beschäftigen. Die Intervalle und Kosten hängen auch davon ab, ob Vorfilter und HEPA extra oder aber kombiniert sind. Genauso sollte man klären, ob man selbst reinigen und tauschen kann oder einen Service braucht. Viele Träger der Schulen und KiTas bestehen hier leider auf eine Wartung durch den Luftreiniger-Anbieter, was die laufenden Kosten steigert. Es ist aber in der Regel kein spezielles Fachwissen erforderlich, um einen Filtertausch durchzuführen.

Von vielen Geräteherstellern gibt es auf Nachfrage Spezialangebote extra für KiTas und Schulen, selbst wenn man als Elternteil privat kauft und spendet.

Was man nicht vergessen sollte, sind Räume wie Flure und Toiletten. Auch hier besteht Bedarf für saubere Luft und diese Räume werden durch die großen Filter in anderen Räumen nicht mit abgedeckt.

Oft ist es schwierig Geräte zu finden die die passenden Leistung bieten, leise genug sind (also oft in unterer Stufe laufen müssen) und auch noch ins Budget passen.

Zum Glück lässt sich die Reinigungsleistung von Filtern im Raum aber aufaddieren.

Statt einen großen Filter mit einer Leistung von 1000 Kubikmeter pro Stunde auf höchster sehr lauter Stufe, könnte man also auch 2 der Geräte betreiben. Hierfür würde eine niedrigere Stufe reichen die jeweils 500 Kubikmeter pro Stunde reinigt, dabei aber unter 35 Dezibel bleibt.

Genauso könnte man sich für 4 kleinere Geräte im Raum entscheiden, die jeweils nur 250 Kubikmeter pro Stunde reinigen, dies aber dafür besonders leise vollbringen können.

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Quellenverzeichnis

1. https://www.irishexaminer.com/opinion/commentanalysis/arid-41242243.html ↩︎
2. https://www.reuters.com/world/europe/italian-study-shows-ventilation-can-cut-school-covid-cases-by-82-2022-03-22/ ↩︎
3. https://www.nature.com/articles/s41598-023-47829-8 ↩︎
4. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0048969724004819 ↩︎
5. https://academic.oup.com/pnasnexus/article/2/5/pgad142/7175271?login=false ↩︎
6. https://www.cidrap.umn.edu/covid-19/more-70-us-household-covid-spread-started-child-study-suggests ↩︎
7. https://www.daab.de/blog/2022/02/gute-nachricht-fuer-pollenallergiker-luftreiniger-wirksam-gegen-pollen ↩︎
8. https://taz.de/Filter-und-UV-Licht-gegen-Schadstoffe/!5988444/ ↩︎
9. https://link.springer.com/article/10.1007/s00103-023-03815-z ↩︎
10. https://www.cidrap.umn.edu/covid-19/study-links-air-quality-improvements-fewer-school-covid-cases ↩︎
11. https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/02786826.2021.1877257 ↩︎
12. https://www.cdc.gov/ncird/whats-new/ventilation-respiratory-viruses.html ↩︎
13. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2950362024000043 ↩︎
14. https://www.healthequitynorth.co.uk/app/uploads/APPG-REPORT-SEPT-23.pdf ↩︎
15. https://www.sueddeutsche.de/gesundheit/alzheimer-parkinson-luftqualitaet-luftverschmutzung-1.6301567?reduced=true ↩︎
16. https://de.wikipedia.org/wiki/Schwebstofffilter ↩︎
17. https://de.wikipedia.org/wiki/Schwebstofffilter ↩︎
18. https://de.wikipedia.org/wiki/Partikelfilterklassen ↩︎
19. https://sengpielaudio.com/Rechner-pegelaenderung.htm ↩︎