Die Arbeitsgruppe von Prof. Dr.-Ing. Stephan Schönfelder hat ein Simulationsmodell zur örtlich und zeitlich aufgelösten Viruskonzentration durch Luftströmungen in geschlossenen Räumen entwickelt. Mit diesen neuen Berechnungsansätzen zur luftströmungsbasierten Viruskonzentration kann das Infektionsrisiko jeder Einzelperson in Innenräumen besser nachvollzogen werden und so ein wichtiger Beitrag zur Bekämpfung von Pandemien geleistet werden.

Für die Berechnung der Viruskonzentrationen wurden verschiedene Unterrichts- und Prüfungssituationen in einem Seminarraum der Hochschule simuliert: mit hoher oder sehr geringer Belüftung (mehr als 12 x geringer im Vergleich), jeweils mit oder ohne sprechender Lehrperson, die zugleich als Infektionsquelle angenommen wird.

Die Berechnungsgrundlage:

Den Modellen für die Berechnung der Virusbelastung in einem Seminarraum liegen folgende Annahmen zugrunde:

➤ Raumgröße: 80 qm
➤ Deckenhöhe: 3 m
➤ Infektionsquelle: eine Lehrperson, die im Bereich der Tafel steht
➤ Personenanzahl: 16 Personen, ohne Mund-Nasen-Schutz
➤ Abstand: alle Personen mindestens 1,50 m
➤ Aufenthaltsdauer: 90 Minuten
➤ Virusbelastung durch Sars-CoV-2: Partikelanzahl der Aerosole - weniger als 500 Partikel bergen ein niedriges Ansteckungsrisiko, mehr als 500 Partikel ein hohes Ansteckungsrisiko und eine Infektion mit Covid19 ist wahrscheinlich.

Das Infektionsrisiko

Simulation 1: Wenn der Raum stark gelüftet wird (=hohe Belüftung) und eine infizierte Lehrperson darin spricht, kann rund 40 Minuten unterrichtet werden, bevor erstmals eine hohe Ansteckungsgefahr für jemanden besteht.
Simulation 2: Bei hoher Belüftung, aber ohne sprechende Lehrperson, z.B. in einer schriftlichen Prüfungssituation, besteht erst nach ca. einer Stunde und 15 Minuten ein hohes Risiko.
Simulation 3: Bei sehr geringer Belüftung und mit sprechender Lehrperson tritt das hohe Risiko für die erste Person bereits nach rund 30 Minuten ein.
Simulation 4: Bei sehr geringer Belüftung und ohne sprechende Lehrperson, tritt das hohe Risiko für die erste Person bereits nach 50 Minuten ein.

Betrachtet man aber alle Personen im Raum, zeigt sich bei sehr geringer Lüftung nach einer Stunde ein hohes Infektionsrisiko für alle, während bei hoher Belüftung nach der gleichen Zeit nur sechs Personen betroffen sind (40 Prozent). In der Prüfungssituation (Annahme: niemand spricht) besteht nach 90 Minuten bei sehr geringer Lüftung für zwölf von 15 Studierenden zumindest eine hohe Infektionsgefahr, bei hoher Belüftung nur für drei von 15. Interessant ist auch, dass aufgrund der hier besonderen räumlichen Strömungsgegebenheiten im Falle geringer Lüftung sich nicht die Person ansteckt, die der Infektionsquelle am nächsten ist, sondern erst eine Person in der zweiten Reihe. Dies zeigt, dass es auch lokale Effekte in Innenräumen zu berücksichtigen gilt, wenn das Infektionsrisiko genau analysiert werden soll. Generell, in „Standardräumen“, ist es jedoch erwartungsgemäß am besten, wenn man sich so weit wie möglich von der Infektionsquelle entfernt aufhält.

Fazit

Was die Modelle leisten können: Für jeden einzelnen Quadratmeter im Raum kann das Infektionsrisiko konkret abgeschätzt werden und auch, wie es sich mit der Zeit entwickelt. Diese Simulationsmodelle sind deutlich aufwendiger, da ganz konkrete Fälle berücksichtigt werden, sie liefern aber ein ergänzendes Verständnis für strömungsbedingte Infektionswege durch Aerosole in Innenräumen. Die Modelle sind prinzipiell auf alle Szenarien übertragbar, d.h. Theaterbestuhlungen, Klassenzimmer und den ÖPNV.

Die Simulationsmodelle

Ausgehend von diesen Faktoren wurden konkrete Viruskonzentrationen für die reguläre Dauer eines Seminares berechnet und als Animation über die Zeit im Folgenden dargestellt.