Infektionsrisiko in Innenräumen punktgenau berechnen
Neues Simulationsmodell zur konkreten Virusbelastung pro Person
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.
Anwendungsfall 2 | Strömungssimulationen in einem ungelüfteten Klassenraum
Untersuchung der Wirksamkeit von UV-C Luftentkeimungsgeräten
Ort und Test: Die Wirksamkeit von UV-C Luftentkeimern wurde in einem Klassenraum während des Unterrichts untersucht. In einer Grundschule im Schwarzwald wurde hierfür ein 65qm großes, voll besetztes Klassenzimmer mit hochempfindlichen Keimzählern sowie zwei Luftentkeimungsgeräten der Firma Dinies ausgestattet.
Ablauf und Ergebnis: Die Luftkeimtestung wurde über drei Schulstunden durchgeführt. Auf eine Fremdlüftung nach den jeweiligen Schulstunden wurde verzichtet, um den Effekt der Luftentkeimung nicht zu verfälschen. Zur Bewertung der Entkeimungsleistung wurden die Realmessungen der Dinies Technologies GmbH mit den Strömungssimulationen der Arbeitsgruppe von Prof. Schönfelder Fakultät ING HTWK Leipzig verglichen. In den Simulationen wurde dabei der Klassenraum mit einer Anfangskonzentration viral kontaminierter Luft versehen, die über den betrachteten Zeitraum fortlaufend durch eine infektiöse Lehrperson im Raum bzw. deren Atmung vergrößert wird.
Abbildung 1: Veränderung der Keimbelastung im Klassenraum mit und ohne UV-C Luftentkeimung im Laufe der Zeit.
Wie allgemein zu erwarten, zeigen die Ergebnisse zunächst, dass bei geschlossenen Fenstern mit einem deutlichen Anstieg der Keimbelastung im Raum zu rechnen ist (blaue Kurve, Abb. 1). In Abb. 1 ist zudem deutlich zu erkennen, dass der Einsatz von UV-C-Geräten die Keimbelastung (grüne Kurve) von Anfang an senkt, was in guter Übereinstimmung mit den experimentellen Messungen ist (orange Kurve). Die Simulationsergebnisse weisen dabei jedoch eine geringfügig bessere Entkeimungsleistung im Vergleich zur realen Keimmessung auf, da in den Strömungssimulationen nicht jegliche Keime abgebildet werden können, die unter Umständen eine längere UV-C Bestrahlung benötigen (einige Bakterien, Pilze). Bezogen auf Räume ohne Luftentkeimungsgeräte zeigen die Ergebnisse damit klar, dass eine deutliche Reduktion der Keimbelastung mit Hilfe von UV-C Luftentkeimern erreicht werden kann, was wiederum zu einer Senkung des Infektionsrisikos führt.
Exemplarische Ausbreitung von SARS-CoV-2 - ohne Anfangskonzentration
Die Simulation einer möglichen Ausbreitung von SARS-CoV-2 in einem Klassenraum ohne viral kontaminierte Luft (ohne Anfangskonzentration) zu Beginn des Unterrrichts wird in den nachfolgenden Abbildungen dargestellt. In Abbildung 2 wird die mögliche Ausbreitung von Viren ohne UV-C Luftentkeimung simuliert und in Abbildung 3 mit UV-C Luftentkeimung.
Abbildung 2: Veränderung der Keimbelastung im Klassenraum ohne UV-C Luftentkeimung im Laufe der Zeit.
Abbildung 3: Veränderung der Keimbelastung im Klassenraum mit UV-C Luftentkeimung im Laufe der Zeit.
Arbeitsgruppe Simulation Raumluft
Projektleitung
Prof. Dr.-Ing. Stephan Schönfelder
Professur Simulation energetischer und technischer Systeme
Telefon: +49 (0)341 3076 4157
E-Mail: stephan(dot)schoenfelder(at)htwk-leipzig.de
Simulation
Dr.-Ing. Florian Wallburg
Wissenschaftlicher Mitarbeiter
Telefon: +49 (0)341 3076 8728
E-Mail: florian(dot)wallburg(at)htwk-leipzig.de
B. Eng. Lara Möller
Masterstudentin Energie-, Gebäude- und Umwelttechnik
Visualisierung
M.Eng. Felix Kaule
Wissenschaftlicher Mitarbeiter | Laboringenieur
Telefon: +49 (0)341 3076 4137
E-Mail: felix(dot)kaule(at)htwk-leipzig.de
