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May 29, 2023

Beatmungsschutz für COVID

Seit die COVID-19-Pandemie im vergangenen Februar Nordamerika heimgesucht hat, hat der Bau von IAQ zugenommen

Seit die COVID-19-Pandemie im vergangenen Februar Nordamerika heimgesucht hat, ist der Bau von IAQ in einen völlig anderen Fokus gerückt. Den Strategien für die Raumluftqualität (Indoor Air Quality, IAQ) von Gewerbegebäuden wurden zahlreiche Virenschutzmaßnahmen hinzugefügt. Nun stellt sich die Frage, ob eine Absicherung ausreicht.

Die beliebtesten Strategien zur Eindämmung luftübertragener Krankheitserreger waren die Verdünnung der Außenluft, verschiedene Verbesserungen der Medienfilter von MERV 13 bis hin zur hocheffizienten Partikelabscheidung (HEPA), Gebäudereinigung außerhalb der Geschäftszeiten, ultraviolette keimtötende Bestrahlung (UVGI) und Ionisierung. Gebäudebetreiber entscheiden sich häufig für eine der oben genannten Methoden; Es stellt sich jedoch die Frage, ob die Kombination zweier oder mehrerer Methoden eine bessere Strategie ist. Eine bessere Gebäudeumgebung könnte durch den Einsatz einer der oben genannten Methoden und die anschließende Unterstützung durch eine Erhöhung der Außenluft zur Verdünnung geschaffen werden. Die Begründung basiert auf der Tatsache, dass die meisten Methoden aufgrund von Geräteausfällen, schlechter Wartung oder menschlichen Eingriffsfehlern nicht mehr funktionieren können.

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Die Luftverdünnung in Innenräumen durch erhöhte Außenluftzufuhr durch HVAC-Systeme ist vielleicht die vielversprechendste Strategie. COVID-19 wird in Innenräumen reproduziert; Warum also nicht die Luft im Freien erschöpfen und Mutter Natur die Linderung überlassen? Bringen Sie dann Außenluft herein, die auf natürliche Weise vor den ultravioletten Strahlen der Sonne desinfiziert ist, so der amtierende Unterstaatssekretär William Bryan von der Forschungs- und Entwicklungsabteilung des US-Heimatschutzministeriums, dem Science and Technology Directorate (STD).

Die Centers for Disease Control & Prevention (CDC), die Federation of European Heating, Ventilation and Air Conditioning Associations (REHVA) und die American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE) empfehlen mehr Außenluft, denn das bedeutet Luft das möglicherweise vernebelte Krankheitspartikel enthält, wird von den Bewohnern entfernt und idealerweise im Freien abgesaugt. Saubere, desinfizierte Außenluft ersetzt die verbrauchte Luft. Ein Scheitern dieser Strategie könnte nur auf eine Fehlfunktion des HVAC-Systems des Gebäudes zurückzuführen sein, die unabhängig von einer Pandemie höchstwahrscheinlich eine Evakuierung der Bewohner veranlassen würde, bis die Belüftung wiederhergestellt ist. Daher würde ein Ausfall der Außenluftausrüstung wahrscheinlich nicht unbemerkt bleiben und könnte als Schutz vor schlechter Raumluftqualität betrachtet werden.

Leider können die anderen Methoden unbemerkt bleiben. Filter aller Art können mit der Zeit versagen oder sich zumindest verschlechtern, so dass die Bewohner nicht mehr vor den Schadstoffen geschützt sind, die sie beseitigen sollen.

Die UVGI-Lampentechnologie beispielsweise in HLK-Anlagen oder Rohrleitungen ist eine bewährte Strategie zur Inaktivierung von Viren. Zwei aktuelle Studien haben die Wirksamkeit gegen SARS CoV-2, das die Krankheit COVID-19 verursacht, nachgewiesen. Eine italienische Studie vom Juni 2020 mit dem Titel „UV-C-Bestrahlung ist hochwirksam bei der Inaktivierung und Hemmung der SARS-CoV-2-Replikation“ (PDF) zeigte eine Inaktivierung bis zu einer Virusdichte, die mit der bei einer SARS-CoV-2-Infektion beobachteten vergleichbar ist. Eine UV-C-Dosis von nur 3,7 mJ/cm2 reichte aus, um eine 3-log-Inaktivierung zu erreichen, und bei 16,9 mJ/cm2 wurde eine vollständige Hemmung aller Viruskonzentrationen beobachtet.

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Während UVGI nachweislich gegen Viren, insbesondere SARS CoV-2, wirkt, kann sein inhärenter Abbau um bis zu 60 % in nur zwei Jahren schädlich sein. Eine defekte oder durchgebrannte UV-C-Lampe, die nicht ausgetauscht wird, führt dazu, dass die Bewohner von vornherein nicht vor der proaktiven Strategie des Gebäudes zur UV-Lampen-Desinfektion geschützt sind.

Das Gleiche gilt auch für andere Technologien, beispielsweise für die Ionisierung, bei der mithilfe einer elektronischen Ladung ein Plasmafeld erzeugt wird, das mit einer hohen Konzentration positiver und negativer Ionen gefüllt ist. Während sich diese Ionen mit dem Luftstrom bewegen, heften sie sich an Partikel, Krankheitserreger und Gase. Die Ionen tragen dazu bei, feine Partikel im Submikronbereich zu agglomerieren und sie filtrierbar zu machen. Darüber hinaus töten die Ionen Krankheitserreger, indem sie ihnen lebenserhaltenden Wasserstoff entziehen. Die Ionen zerlegen schädliche VOCs mit einem Elektronenvoltpotential unter zwölf (eV<12) in harmlose Verbindungen wie O2, CO2, N2 und H2O. Die Ionen wandern im Luftstrom in die Aufenthaltsräume und reinigen die Luft überall, auch in unsichtbaren Räumen.

Der Nachteil besteht darin, dass die Wartung, insbesondere die regelmäßige Reinigung der Ionisierungsborsten, für die Wirksamkeit der Technologie von entscheidender Bedeutung ist.

Ebenso kann die Verbesserung der Medienfiltration von MERV-8 auf MERV-13, die als potenziell hilfreich beim Einfangen kontaminierter Aerosole in der Luft und einiger Partikel im Submikronbereich empfohlen wird, unbeabsichtigt durch Lücken im Austauschplan sabotiert werden. Das Gleiche gilt für HEPA, aber in diesem Fall kann ein verschmutzter HEPA-Filter ernsthaft zu einer Verstopfung des Lüftungssystems führen.

Der Sinn dieser Beispiele besteht darin, dass Filter, Luftreiniger und andere HVAC-bezogene Hilfsmittel zur Schadstoffreduzierung nicht narrensicher sind. In Kombination mit Außenluftverdünnungsgeräten wie Energierückgewinnungsventilatoren (ERV) oder speziellen Außenluftsystemen (DOAS) werden Schutz und Sicherheit jedoch verdoppelt. Beide Technologien können zusammenarbeiten, um das Ziel zu erreichen, das Virus eines Weltraums, wie beispielsweise COVID-19, einzudämmen. Darüber hinaus kann die Außenluftverdünnung die Bewohner dennoch schützen, wenn die Zusatztechnik ausfällt.

Im Allgemeinen entziehen ERVs der Abluft Wärme und übertragen sie an die Zuluft. Dies bewältigt sowohl latente als auch sensible Lasten und lässt mehr Außenluft zu, ohne die Kühlleistung der Klimaanlagen zu überfordern. ERVs können als zusätzliche Außenluftgeräte zu bestehenden AHUs eingesetzt werden, sowohl separat als auch mit Anschluss an das AHU selbst. Je nach Größe, Konfiguration und Anzahl der ERVs kann jedes Gebäude mit einer herkömmlichen RTU auf 100 % Außenluft umgestellt werden.

Da ein Ausfall von IAQ-Geräten während einer Pandemie keine Option ist, ist die Auswahl des ERV von entscheidender Bedeutung. Allerdings sind nicht alle ERV-Geräte gleich. Es gibt verschiedene Methoden für Luft-Luft-ERVs. Am beliebtesten sind Energieräder und statische Plattenwärmetauscher (Enthalpiekerne).

Energieräder sind mechanisch und basieren auf Riemen oder Zahnrädern, einem Motor und einem Antrieb, die alle regelmäßig gewartet werden müssen. Statische Plattenkerne haben keine beweglichen Teile und erfordern lediglich einen Filterwechsel und ein jährliches Absaugen der Kernoberfläche.

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Abhängig von der Methode und ihren Fähigkeiten können ERVs ein Segen bei der Eindämmung des COVID-19-Potenzials eines Gebäudes sein (PDF), aber sie können auch mehr schaden als nützen, wenn sie während der Wärmeübertragung kontaminierte Rückluft in die Zuluft entweichen lassen wird als Abluftübertragungsrate (EATR) bezeichnet.

Energieräder ohne Spülfunktion sollten beispielsweise bei Pandemien wegen der Gefahr einer Kreuzkontamination nicht eingesetzt werden. Allerdings können höherpreisige Räder mit Spülmodi, Dreifachdichtungen und anderen Funktionen bei korrekter Kalibrierung Kreuzkontaminationen minimieren. Bei unsachgemäßer Installation kann es zu Leckagen am Rotationswärmetauscher kommen. Der häufigste Fehler besteht darin, dass die Ventilatoren so montiert wurden, dass auf der Abluftseite ein höherer Druck entsteht. Dies führt zu einer Leckage der Abluft in die Zuluft. Der Grad der unkontrollierten Übertragung belasteter Abluft kann in diesen Fällen bis zu unzulässigen 20 % betragen. Wenn Energieräder keine Kreuzkontaminationsrate nahe Null erreichen können oder über solide Dichtungen verfügen, um einen Bypass zwischen dem Radsubstrat und dem HVAC-System zu verhindern, sollten sie während einer Pandemie nicht betrieben werden (PDF).

Im Gegensatz zum Energierad-Konzept halten statische Platten-Enthalpiekerne die Luftströme gemäß dem AHRI-Standard 1060 „Leistungsbewertung von Luft-Luft-Wechslern für Lüftungsgeräte mit Energierückgewinnung“, der zur Zertifizierung von Geräten verwendet wird, getrennt. Statische Platten-Enthalpiekerne bieten eine Kreuzkontamination von nahezu Null Prozent, wenn sie mit einem ordnungsgemäß ausgewogenen Luftstrom betrieben werden. Anstelle der Energierad-Strategie, bei der die Vor- und Rückluftströme mit denselben Medien rotieren, trennt die statische Plattentechnologie während des Energieaustauschprozesses die Rückluft vollständig von der Zuluft. Viele Modelle haben eine Leckrate von 0,1 %. REHVA untermauert dies mit einem aktuellen Positionspapier, in dem es heißt: „Die Übertragung von Viruspartikeln über Wärmerückgewinnungsgeräte stellt vermutlich kein Problem dar, wenn ein HVAC-System mit einer Doppelspuleneinheit oder einem anderen Wärmerückgewinnungsgerät zur Trennung der Rückluft- und Zuluftseite ausgestattet ist.“ Strom.

Da statische Plattensysteme getestet und als nahezu kreuzkontaminationsfrei eingestuft wurden, sind ihre EATRs deutlich besser als die Radtechnologie. Bei älteren HVAC-Systemen könnten jedoch die Dichtungen rund um die Platten falsch installiert oder veraltet sein. Daher müssen Siegel untersucht werden, wenn die statischen ERVs im Plattenstil während einer Pandemie verwendet werden.

Der Bau von IAQ ist seit der Pandemie in einen völlig anderen Fokus gerückt. Es stellt sich die Frage, ob eine Schutzmaßnahme ausreicht. Während einige Technologien einzeln ausreichend für eine sichere Raumluftqualität sorgen können, können durch die Ergänzung mit anderen Methoden, insbesondere der Zuverlässigkeit der Außenluftverdünnung, Schutzmaßnahmen geschaffen werden, um die Gesundheit der Bewohner während dieser und künftiger Krisen zu gewährleisten.

Unterm Strich ist die Belüftung nach wie vor die beste Lösung, um Schadstoffe in bewohnten Gebäuden einzudämmen. Wenn die Klimaanlage jedoch die Heiz- oder Kühllast der zusätzlichen Außenluft nicht bewältigen kann, ist ein ERV möglicherweise die beste Möglichkeit, dieses Manko zu beheben.

Nick Agopian ist Vizepräsident für Vertrieb und Marketing bei RenewAire, einem Unternehmen, das die Raumluftqualität in Gewerbe- und Wohngebäuden durch hocheffiziente Energierückgewinnungsventilatoren (ERVs) mit Enthalpiekern und statischer Platte verbessert. Weitere Informationen finden Sie unter www.renewaire.com.