Sicherer Präsenz-Gesangsunterricht in Düsseldorf

Wie kann – mit Blick auf die durch das SARS-CoV-2-Virus geprägte Situation – ein gesundheitlich unbedenklicher Gesangsunterricht in geschlossenen Räumen stattfinden, vor allem wenn entsprechend der Jahreszeit Kälte, Wind und Regen ein dauerhaftes Durchlüften des Raums unmöglich machen? Beim Singen ist eine Mund-Nasen-Bedeckung generell zu störend. Räumliche Maßnahmen plus ein paar Hygiene-Regeln ermöglichen aber einen sicheren Präsenz-Gesangsunterricht trotz Corona.

7 Maßnahmen und Regeln in der aktuellen Situation mit Covid-19

• Einzelunterricht  Ausschließlich Einzelunterricht
• Lüften  Regelmäßiges ausgiebiges Durchlüften des Unterrichtsraums vor und nach den Stunden. Möglicherweise zusätzl. ventilatorunterstützte „Halbzeit“-Lüftung
• Schutzwand  Große transparente Stellschutzwand zwischen Lehrperson und Schülerin/Schüler (verhindert Tröpfcheninfektion)
• Abstand  3 – 4 m Abstand beim Singen zwischen Lehrperson und Schülerin/Schüler, Singrichtung seitlich versetzt aneinander vorbei
• Luftreinigung  Durchgehend aktives seriöses Raumluftreinigungsgerät, mit hoher Raumluftwechselrate (6x/h oder höher) und effizientem Hochleistungs-Schwebstoff-Filter HEPA 13 oder 14 (verhindert Aerosolinfektion)
• Hygiene  Händedesinfektion – Husten oder Niesen vom anderen abgewandt in die Armbeuge – im Gespräch 2 m Abstand – nicht direkt ins Gesicht sprechen, singen oder lachen – Desinfektion prominenter Oberflächen (verhindert Kontaktinfektion). Damit der Unterricht ohne Mund-Nasen-Bedeckung stattfinden kann, sind vor allem die „Abstands- und Armbeuge-Regeln“ wesentlich
• Achtsamkeit  Bei (auch leichten) erkältungs- oder grippeartigen Symptomen wie Halsschmerzen, Husten, Schnupfen, Fieber, Geschmacksstörungen, Atemnot, Kopfschmerzen, Gliederschmerzen, Abgeschlagenheit: Unterricht absagen!
  Bei Kontakt mit coronainfizierten Personen innerhalb der letzten 14 Tage – auch bei eigener Symptomlosigkeit: Unterricht absagen!

Ermutigung!

Eine sichere gemeinschaftliche Raumnutzung im Gesangsuntericht – so geht’s:

• Räumliche Maßnahmen  Lüften / Trennschutzwand / Raumluftreinigungsgerät
• Regeln  Einzelunterricht / Abstand / Hygiene / Achtsamkeit

Zu einer kostenfreien Probestunde Gesangsunterricht / Stimmbildung / Gitarrenunterricht in meinem Unterrichtsraum in Düsseldorf lade ich Sie gerne ein!

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Details zum Thema Gesangsunterricht und Corona

Info für Gesangspädagogen und Interessierte

Wie gestalte ich Gesangsunterricht in der aktuellen Situation mit Corona? Die vielen uneinheitlichen risikobezogenen Informationen und Empfehlungen verunsichern. Um adäquate risikogerechte Unterrichtslösungen zu finden, umzusetzen und diese auch begründen zu können, habe ich intensiv zu Covid-19 recherchiert.
Die Ergebnisse möchte ich teilen. Gesangspädagogen und andere Interessierte finden im Folgenden eine Menge Material zu den oben genannten Punkten sowie generell zum Thema „Präsenzunterricht Gesang und Corona“.

A  Räumliche Maßnahmen und Hygiene-Regeln

1  Einzelunterricht

Beim Einzelunterricht befinden sich nur 2 Personen im Raum – Lehrperson und unterrichtete Person. Wenn der Unterrichtsraum nicht besonders groß ist, sollte diese Personenkonstellation auch nicht ausgeweitet werden. Eine Ausnahme bildet allenfalls das Unterrichten von zwei Personen aus dem gleichen Hausstand.
Da die Aerosolentwicklung beim Singen stärker ist als beim ruhigen Ein- und Ausatmen oder unaufgeregtem Sprechen [10], ist man mit nur zwei Personen im Raum (Einzeluntericht) und den oben genannten Vorkehrungen und Regeln auf der sicheren Seite.

Gesangsunterricht / Stimmbildung mit mehreren Personen gleichzeitig ist in normalen Räumen zur Zeit nicht möglich. Wenn überhaupt, geht das nur in überdimensional großen, außerordentlich gut und konstant durchlüfteten Räumen, die nur wenigen Gesangslehrern zur Verfügung stehen werden – und wo man sich im Winter wahrscheinlich eher erkältet als gut singt.

2  Lüften

Es ist oft darüber berichtet worden, und auf nicht wenigen Videos ist es zu sehen: Eine Dauerlüftung mit gekipptem Fenster ist vergleichsweise ungünstig. Der Luftaustausch ist minimal und die Zimmerwände kühlen bei niedrigen Außentemperaturen trotzdem schnell aus. Anders gesagt: Das Verhältnis von Luftaustausch zu Energieaustausch ist ungünstig. Stoßlüften dagegen, intensives Durchlüften des Raums mit weitgeöffneten Fenstern und/oder Außentüren über kurze Zeit, ist weitaus wirksamer und lässt die Wände nicht so schnell abkühlen.

Die effektivste Maßnahme ist Querlüften, aber dafür muss ein Raum auch über mindestens zwei gegenüberliegende zu öffnende Fenster verfügen. Die zweiteffektivste Maßnahme wäre Längslüften, wobei ein Durchzug über mindestens zwei sich nicht gegenüberliegende Fenster bzw. nach außen führende Türen hergestellt wird. Hat der Raum nur eine Öffnung nach außen, ist es sinnvoll, zusätzlich einen Ventilator einzusetzen, der dabei hilft, frische Luft nach innen zu pusten – oder umgekehrt die Raumluft nach außen.

Angekippte Fenster erreichen nur etwa 10 % des Luftwechsels eines voll geöffneten Fensters. Eine effektive Lüftung über Fenster und Außentüren geschieht also nur bei weit aufgeschwenkten Flügeln: mindestens 45°, ideal sind Öffnungswinkel um 90° [26]. Bei Stoßlüftungen ist die Effektivität des Luftaustauschs abhängig nicht nur von der Größe der Raumöffnungen nach außen und der vorherrschenden Windstärke und -richtung, sondern vor allem auch von der Differenz zwischen Raumlufttemperatur und Außentemperatur. So geschieht der Luftaustausch im Unterrichtsraum bei winterlichen Außentemperaturen um ein Mehrfaches schneller als bei Außentemperaturen, die nah an der Raumtemperatur liegen.

Solche Überlegungen sind im Sommer vielleicht weniger wichtig, wenn das schöne Wetter ohnehin dazu einlädt, alle Türen und Fenster dauerhaft geöffnet zu halten. Herbst- und winterliches Wetter mit Kälte, Regen, Schnee, Wind oder Sturm machen eine Langzeitlüftung aber unmöglich. Folgen wären riesige Wärmekosten, feuchte Wände, unnötige Erkältungen, vielleicht auch Ärger mit den akustisch genervten Nachbarn – und nicht zuletzt eine verheerende Klimabilanz. Der Schülerwechsel muss daher so organisiert werden, dass vor und nach den einzelnen Unterrichtsstunden (die 45–50 Minuten nicht überschreiten sollten) ausreichend Zeit bleibt, um kräftig und gründlich durchzulüften. Kalte Temperaturen machen dies – wie oben erwähnt – wirkungsvoller, weil die Luft sich dann weitaus schneller austauscht. Sinnvoll kann auch eine zusätzliche kurze Halbzeit-Stoßlüftung innerhalb einer Gesangsstunde sein.

Die wichtigsten Sicherheitsmaßnahmen im Gesangsunterricht gegen Infektionsrisiken durch luftübertragene Coronaviren sind:
– Außenluftzufuhr per regelmäßiger Stoßlüftung zwischen den Unterrichtsstunden
– Unterrichtbegleitender Dauerbetrieb eines hochwertigen Raumluftreinigungsgeräts (vgl. Kap. 5) während der Stunden

Stoßlüftungen und Luftreinigungsgerät ergänzen und vervollständigen sich in ihrer luftaustauschenden bzw. luftreinigenden Wirkung. Das eine kann das andere nicht ersetzen. Ihr kombinierter Einsatz hält die Raumluft-Aerosolkonzentration während des Unterrichts dauerhaft auf niedrigem Niveau und schließt ein Infektionsrisiko durch möglicherweise virenbelastete Aerosole praktisch aus.

Vergl. auch CoronaSchVO NRW vom 30.10.2020, § 4 (2)

3  Stellschutzwand gegen größere Tröpfchen

Eine zwischen SchülerIn und LehrerIn positionierte Stellschutzwand dient als Schutz vor einer direkten Infektion durch größere Aerosoltröpfchen (≥ 5 μm). Eine solche Trennwand ist damit geeignet, bei gleichzeitiger Beachtung aller anderen bekannten Abstands- und Hygiene-Regeln die ansonsten vorgeschriebene Alltagsmaske zu ersetzen. Laut CoronaSchVO vom 30.10.2020, § 3 (5) kann das Tragen einer Alltagsmaske „durch gleich wirksame Schutzmaßnahmen (Abtrennung durch Glas, Plexiglas o.ä.) […] ersetzt werden“.

Große Tröpfchen entstehen z.B. beim Husten, noch viel größere beim Niesen, wobei z.T. deutlich sichtbare Tröpfchen von mehreren 100 μm bis zu 1500 μm (1,5 mm) Durchmesser ausgestoßen werden. Diese schweben dann nicht in der Luft wie feine Aerosolpartikel, sondern werden durch die Luft geschleudert und fallen sekundenschnell zu Boden. Je nach Ausstoßenergie können sie dabei durchaus Wege von 1,0 m und mehr in der Luft zurücklegen.

Auch beim Atmen durch den Mund, beim Sprechen oder Singen entstehen Aerosoltröpfchen, allerdings in längst nicht vergleichbarem Ausmaß und von viel kleinerem Kaliber als beim Husten oder Niesen. Explosiv-, Reibe- und Zischlaute sind allerdings immer mit Aerosoltröpfchen verbunden. Ein verstärkter Luftausstoß bei ausatmungsintensiven Stimmübungen oder beim Lachen führt ebenfalls vermehrt zu Aerosoltröpfchen.

Damit die Stellwand ausreichend Schutz bietet, sollte ihr oberes Ende die Mundhöhe eines stehenden Sängers deutlich übertreffen – damit ist eine Höhe von 2,0 m sinnvoll. Die Breite wird auch von den räumlichen Gegebenheiten bestimmt, sie wird normalerweise zwischen 1,5 und 2,0 m liegen. Als transparentes Scheiben- bzw. Folienmaterial bietet sich entweder Acrylglas an, das wirkt aufgeräumt, wertig und edel, hat aber in solch einer Größe ein ordentliches Gewicht und lässt sich dann nicht so leicht umstellen. Außerdem ist eine fertige Acrylglaswand in dieser Größe nur schwer erhältlich, wenn überhaupt, und muss dann etwa aus zwei Teilen zusammengestellt und überbrückt werden.

Eine gute Alternative zu Acrylglas bildet schlichte PVC-Folie, farblos-klar-transparent. Umgeben von einem stabilen Stahlrohrsteckrahmen wiegt solch eine Stellwand keine 10 kg und lässt sich leicht und spontan umstellen. Auf dem Markt finden sich u.a. Produkte in (H x B) 2,0 m x 1,4 m sowie 2,0 m x 2,0 m.

4  Abstand

Ein Abstand von 4 m zueinander während des Unterrichts ist ideal, aber nicht in jedem Raum realisierbar. Da eine 2 m hohe Stellschutzwand zwischen Lehrperson und unterrichteter Person aufgebaut ist, die das Risiko einer Tröpfcheninfektion in der Unterrichtssituation so gut wie ausschließt, sollten 3 m Distanz völlig ausreichen. Dennoch sollte zur beiderseitigen Sicherheit parallel versetzt aneinander vorbei gesungen werden.

Singrichtungen in Pfeilen siehe Grafik Unterrichtsraumszenario

Um einen Abstand von 3 m zueinander einhalten zu können, muss die Raumlänge bzw. Raumbreite mindestens 4 m betragen. Die Raummaße sollten 3 x 4 m Grundfläche nicht unterschreiten, d.h. als Grundfläche sollte der Unterrichtsraum über mindestens 12 m² verfügen, als minimales Raumluftvolumen wären etwa 30 m³ angezeigt.

Ein Abstand von 2 m in Gesprächssituationen sollte auch in solchen Momenten eingehalten werden, in denen man die Abstandsidee gerne vergisst – etwa wenn man sich „gemeinsam“ (!) über die Kalender und Smartphones beugt, um einen neuen Termin auszumachen.

5  Raumluft-Reinigungsgerät gegen Aerosole

Ein leistungsfähiges, die Unterrichtsstunden durchgehend arbeitendes Umluft-Raumluft-Reinigungsgerät minimiert das Risiko einer indirekten Infektion, das sich ergeben kann bei einer zu stark ansteigenden virenbelasteten Aerosolkonzentration in der Raumluft. Dient eine große Stellwand dem gegenseitigen Schutz vor einer direkten Infektion (Tröpfcheninfektion, Tröpfchenpartikel ≥ 5 μm), so filtert das Raumluft-Reinigungsgerät die gesamte Unterrichtsstunde über fortlaufend vor allem die kleineren Aerosoltröpfchen (≤ 5 μm) und sonstigen Schwebstoffpartikel aus der Raumluft heraus und hält den Pegel möglicher Schadstoffe in der Luft, also auch virenbelasteter Partikel, dauerhaft gering.

Je nach Größe können sich Schwebepartikel über Stunden in der Luft halten, sehr kleine Aerosolteilchen reagieren nur noch auf die Luftbewegungen im Raum – die Schwerkraft übt auf sie praktisch keine Wirkung aus. Über die Einsaug- und Ausstoßleistung des Geräts wird die Raumluft aber verstärkt in Bewegung gebracht und immer wieder neu gereinigt. Die aktive Durchmischung der Raumluft mit gefilterter Luft verhindert eventuelle Hotspots im Raum mit schadstoff-angereicherten Aerosolen, stattdessen verteilt sich die frisch gereinigte Luft im gesamten Raum. Ein sehr effizient arbeitendes Luftreinigungsgerät kommt in seiner luftreinigenden Wirkung einer dauerhaften Querlüftung mit Frischluft nahe.

Bedingungen für die hohe Schutzwirksamkeit eines Luftreinigungsgeräts:

1. Hochleistungs-Schwebstofffilter HEPA 13 oder HEPA 14, einschließlich vorgeschalteter Grob- und Feinstaubfilter

2. hohe Raumluftwechselrate von 6x/h oder höher. In meinem Unterrichtsraum in Düsseldorf: 8x/h. Vgl. nebenstehende Grafik

3. unaufdringliche Lautstärke, am besten unter 35 dB(A) (mittlere Ventilatorstufe), damit die gleichbleibende Geräuschemission nicht stört und auch über Stunden ohne Zwischenabschaltung gut auszuhalten ist

4. ein für den jeweiligen Raum ausreichend groß dimensioniertes Gerät, bedingt durch die Punkte 2 und 3. Sämtliche Herstellerempfehlungen gehen von zu kleinen Geräten in zu großen Räumen aus, in denen die Geräte allenfalls auf höchster Stufe (und in höchster Lautstärke) halbwegs effizient arbeiten

Ausführliche Info zu Raumluft-Reinigungsgeräten weiter unten in Kapitel 14 – 20

6  Hygiene

Es geht um die allseits bekannten Regeln:

• Begrüßung und Verabschiedung ohne Körperkontakt
• Zu Beginn der Stunde sowie nach WC-Besuch Hände mit Seife gründlich waschen, alternativ mit bereitgestelltem Händedesinfektionsmittel desinfizieren
• Generell 2 m Abstand halten und sich nicht direkt (ins Gesicht) ansprechen oder anlachen
• Husten oder Niesen vom anderen abgewendet in die Armbeuge, alternativ in ein Einmal-Papiertaschentuch, nie in die Hand
• Gegenstände im Raum nicht öfter berühren als gerade erforderlich
• Den Griff ins eigene Gesicht vermeiden, um eine mögliche Kontaktinfektion über Augen, Nase oder Mund zu verhindern
• Nach der Stunde kurze Desinfektion prominenter Flächen und Gegenstände

Damit der Unterricht ohne Maske stattfinden kann, muss auf die Einhaltung dieser Regeln besonders geachtet werden. Ein aufgesetzter Mund-Nasen-Schutz erinnert meist rechtzeitig daran, eine Berührung des Gesichts (Augenjucken, Nasereiben usw.) zu unterlassen und so eine mögliche Coronavirus-Kontaktinfektion zu vermeiden. Ohne Maske fasst man sich jedoch schneller aus Versehen ins Gesicht. Das Unterlassen solcher meist unbewussten Berührungen von Gesicht und Kopf (ohne Maske) muss also eine Zeit lang geübt werden, damit es sich zuverlässig einprägt.

7  Achtsamkeit

Eine Absage bei Erkältungssymptomen ist im Moment obligatorisch, gerade im Gesangsunterricht. Das gilt für beide Seiten, für Schüler wie für Lehrer. Als Symptome können auftreten: Halskratzen und Hustenreiz, Halsschmerzen, Husten, Schnupfen, Fieber, Kopfschmerzen, Geschmacksstörungen, Geruchsstörungen, Kurzatmigkeit, Gliederschmerzen und Abgeschlagenheit. Womöglich entwickelt sich alles nur zu einer leichten Erkältung – Glück gehabt! Absagen ist dennoch wichtig und richtig.

Abzusagen ist auch dann angezeigt, wenn trotz eigener Symptomlosigkeit in den letzten 14 Tagen Kontakt zu einer infizierten Person bestand. Auch in völlig beschwerdefreiem Zustand ist während der Inkubationszeit eine Ansteckung anderer Menschen möglich. Statt Achtsamkeit könnte man auch sagen: Rücksicht – nicht nur sich selbst gegenüber, sondern auch gegenüber dem Unterrichtspartner und letztlich gegenüber dem Wohlergehen der Gesellschaft.

B  Vertiefende Infos: Virus, Übertragung, Schutz, Luftreinigung

8  Das Coronavirus SARS-CoV-2

Die Größe von Viren liegt im Bereich von 0,02 – 0,4 µm, bei Coronaviren 0,08 – 0,14 µm. Viren sind damit meist deutlich kleiner als etwa Bakterien (ca. 1 – 5 µm) oder große Schwebeteilchen wie Pollen (10 – 100 µm). Das Coronavirus SARS-CoV-2 tritt in kugelähnlicher Gestalt, aber auch in vielen anderen Formen auf. Mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 0,12 µm gehört es schon zu den größeren Viren. Es ist von einer Fetthülle (Lipiddoppelmembran) umgeben und zählt daher zur Gruppe der behüllten Viren.

Wie bei Viren üblich, kann auch das SARS-CoV-2-Virus sich nicht selbst reproduzieren, es benötigt dafür Zellen eines geeigneten Wirts. Es verbreitet sich zwar außerhalb von Zellen durch Übertragung, vermehrt sich aber innerhalb einer Wirtszelle. Das Virus verhält sich in etwa wie ein Parasit, wenn es mit seinen stachelartigen Spike-Proteinen den Oberflächenkontakt zu einer Wirtszelle herstellt. In Abfolge mehrerer Prozesse gelangt das Virus in die Wirtszelle, die das Virus nicht als fremden Eindringling erkennt, eine Immunreaktion wird durch verschiedene Wirkstoffe unterdrückt. Im Inneren der Wirtszelle kann sich das Virus vervielfältigen, bis die neu entstandenen Viren aus der Zelle hinausgeschleust werden.

Bezüglich der Beständigkeit des Virus gegenüber äußeren Einflüssen kommen bisher vorliegende Untersuchungen zu teils sehr unterschiedlichen Ergebnissen, insgesamt zeigt sich aber eine hohe Beständigkeit. Gegenüber Hitze zeigt sich das Virus relativ widerstandsfähig, je nach Umgebung (Proteine) scheint es auch durch UV-C-Bestrahlung schwer inaktivierbar. Gegenüber UV-A- und Gammastrahlen ist es stabil, und in einer Umgebung mit niedrigem (saurem) pH-Wert ist es deutlich beständiger als in basischer Umgebung. Auf manchen Oberflächen kann es bis zu mehreren Tagen aktiv bleiben (wenn auch nur sehr schwach).

Verletzlich ist das Virus vor allem über seine bewegliche Fetthülle, die mit organischen Lösemitteln ebenso wie mit Tensiden gut angegriffen werden kann. Sehr wirksam sind alkoholhaltige Desinfektionsmittel, etwa mit Ethanol oder 2-Propanol. Auch mit Seife und (sehr gründlichem!) Händewaschen lässt sich das Virus über die Auflösung seines Fettmantels so elementar schädigen, dass es danach seine Infektiosität verloren hat.

Eine der gefährlichen Eigenschaften des SARS-CoV-2-Virus liegt darin, dass es nicht erst die tieferen Atmungsorgane erreichen muss, um eine Person nachhaltig zu infizieren. Weil es sich überwiegend auf den leicht erreichbaren Schleimhäuten des Nasen-Mund-Rachen-Raums ansiedelt und dort sehr effektiv vermehrt, kann es sowohl „einen schnell erwischen“ als auch leicht weitergegeben werden.
In Kombination mit der langen präsymptomatischen Inkubationszeit (Zeit von der Ansteckung bis zum Beginn erster Krankheitssymptome), in der man als möglicher Überträger u.U. nichts weiß von der eigenen Infektion und Infektiosität, und den zum Teil sehr heftigen Verlaufsformen von Covid-19 bis hin zur Todesfolge liegt das schwer steuerbare pandemische Potential des Virus.

9  Übertragungswege von SARS-CoV-2: Aerosole – Tröpfchen – Kontakt

Ob beim ruhigen Atmen, beim Sprechen oder Singen, mehr noch beim Rufen oder Schreien, erst recht aber beim Husten und Niesen – immer entweicht Luft aus den Atmungsorganen, in denen Speichel und kleinste Bestandteile von Schleimhäuten des Atemtrakts enthalten sein können. Sind diese von Erregern befallen, können diese mit ausgestoßen werden. Die bei jedem Ausatmen entstehende Feuchtigkeitswolke kann von mikroskopisch kleinsten Schwebstoffpartikeln bis hin zu gut sichtbaren Tröpfchen Teilchen jeder Größe enthalten.

Je nach Anlass – ob etwa geseufzt oder gehustet – bestehen die feuchten Anteile des Luftausstoßes überwiegend aus feinsten schwebefähigen Aerosolpartikeln oder eher aus größeren Tröpfchen. Die jeweiligen Anteile am Gesamtausstoß variieren extrem – und hängen ab von Tätigkeit, Erregungsgrad, Gesundheitszustand, Schleimhautbeschaffenheit, Aussprachegewohnheiten, Gesangstechnik usw. des Emittenten. Immer aber sind eventuell ausgestoßene Viren von Feuchtigkeit umgeben, wodurch ein infektiöser Partikel generell größer ist als etwa ein einzelnes Virus.

Sowohl in kleinsten Aerosolpartikeln als auch in größeren Tröpfchen können also Erreger wie das SARS-CoV-2-Virus enthalten sein. Bei einem tiefen, reibungsarmen Ausatmen könnten etwa Erreger aus den Lungen in feinsten Teilchen mit nach außen geführt werden. Beim Niesen dagegen kann man mit sehr großen Tröpfchen aus dem Nasen-Rachenraum rechnen, die entsprechend der Ausstoßkraft und Tröpfchengröße dann auch eine ungleich höhere Anzahl an Viren enthalten können als feine Aerosolpartikel.

Die in Bioaerosolen enthaltenen Partikel können Größen von 0,001 µm – 100 µm umfassen. Als Untergrenze einer Aerosolpartikelgröße wird 0,001 µm angesehen (= 1 nm), diese Größe steht für den fließenden Übergang von Partikel zu Gasmolekül. Die Obergrenze von 100 µm steht für den aerodynamischen Durchmesser der größten Pollen. Noch größere Partikel gelten eigentlich nicht mehr als Aerosolpartikel, da sie nur kurz als Teil in einer Aerosolwolke schweben, bevor sie aus ihr heraus und zu Boden fallen.

Wissenschaftlich gesehen gibt es keine klar definierte Grenze zwischen kleineren Aerosolpartikeln und größeren Tröpfchen, im weiteren Sinn bilden beides Aerosole. Die inoffizielle Grenze wird meist bei etwa 5 µm gezogen. Tröpfchen haben nach Definition der WHO demnach Durchmesser von 5 – 10 µm, erreichen im weitesten Sinn aber Durchmesser bis zu 1500 µm (Niesen). Die richtig großen Tröpfchen sinken – nach Ausstoß und ballistischem Kurvenflug durch den Raum – innerhalb von Sekunden zu Boden. Ein 50 µm großer Partikel etwa sinkt mit einer Geschwindigkeit von knapp 7 cm/s durch die Luft in Richtung Boden [4]. Versuche zeigen, dass von 3 – 10 µm großen Partikeln nach einer Zeit von 20 min unter Umständen noch die Hälfte in der Luft schwebt, und dass die Luftkonzentration kleiner Partikel (0,5 – 3 µm) in diesem Zeitraum kaum merklich zurückgeht [5]. Allerdings wird hier wohl jede Studie – je nach Raumbeschaffenheit, Luftbewegung, Temperatur, Luftfeuchtigkeit usw. – zu verschiedenen Ergebnissen kommen.

10  Tröpfcheninfektion und aerogene Infektion

Gelangen Viruspartikel als Bestandteile eines ausgestoßenen Speicheltröpfchens direkt auf die Schleimhäute (Augen, Nase, Mund, Rachen) einer anderen Person, spricht man von einer Tröpfcheninfektion oder direkten Infektion. Solche Tröpfchen müssen also nicht eingeatmet werden, sondern können etwa als kleine Spucktröpfchen ins Auge oder den gerade offenstehenden Mund einer gegenüberstehenden Person gelangen. Bei einer aerogenen bzw. indirekten Infektion wird hingegen eine größere Menge von erregerhaltigen Aerosolpartikeln eingeatmet. Von der Größe dieser Partikel hängt es ab, welcher Bereich des Atemtrakts betroffen ist. Eingeatmet werden können Partikel mit einem maximalen aerodynamischen Durchmesser von etwa 30 µm.

Für Tröpfchen mit einem Durchmesser > 10 µm gilt, dass sie aufgrund ihrer Trägheit den Richtungsänderungen des Luftstroms im gekrümmten Rachenraum meist nicht folgen können. Die im oberen Atemtrakt vorherrschende hohe Geschwindigkeit des Luftstroms lässt Partikel dieser Größe sozusagen „aus der Kurve fliegen“, sie lagern sich durch sog. Impaktion bereits im Mund- bzw. Rachen- oder Nasenraum ab. Tröpfchen < 10 µm können jedoch auch in den Kehlkopf und die Luftröhre gelangen.

Lagern sich eingeatmete Partikel von 5 µm – 7 µm meist noch extrathorakal im oberen Atemtrakt ab, etwa im Kehlkopf, so erweisen sich Aerosolpartikel von 1 – 5 µm als lungengängig und erreichen Luftröhre, Bronchien und Bronchiolen. Kleinere Partikel von etwa 0,1 – 1 µm kommen noch weiter bis in die Alveolen und damit in die gasaustauschenden Lungenbereiche, können sich dort aber meist nicht ablagern und werden wieder ausgeatmet. Noch kleinere Partikel von 0,01 µm – 0,1 µm Durchmesser dringen ebenfalls bis in die Alveolen vor, wo sie abgeschieden werden können, das langsame Tempo der Luftströmung dort und die lange Verweildauer ermöglichen eine Aufnahme der Partikel per Diffusion. Von dort können sie auch weiter in den Blutkreislauf übergehen, während andere Partikel sich dort unter Umständen dauerhaft ablagern (z.B. Staublunge). Kleinste Partikel < 0,01 µm wiederum werden durch Diffusion überwiegend bereits in den Atemwegen der Kopfregion abgeschieden [1].

Aus den Lungen ausgeatmete oder abgehustete feuchtigkeitshaltige Luft entweicht in eher kleinen Tröpfchen, während das Ausstoßen von Luft aus den oberen Atemwegen größere Tröpfchen produziert. Dies geschieht am auffälligsten beim Niesen, doch auch bei der Artikulation von Plosiven, Frikativen und Affrikaten (Verschluss-, Reibe- und Verschlussreibelaute) beim Sprechen und Singen werden sie freigesetzt. Sichtbar wird das nicht zuletzt bei „feuchter Aussprache“.

11  Kontaktinfektion

Folgt der Berührung einer mit infektiösen Keimen kontaminierten Oberfläche das (unbewusste) Berühren von Nase, Mund oder Augen, gelangen einige dieser Keime über die Schleimhäute in den menschlichen Organismus. Im Fall des Coronavirus SARS-CoV-2 ist das nicht ausgeschlossen, wurde anscheinend aber auch noch nicht nachgewiesen. Insofern scheint dieser Übertragungsweg einer Kontaktinfektion (umgangssprachlich: Schmierinfektion) vergleichsweise unbedeutend. Das verbleibende Restrisiko lässt sich minimieren durch gründliche Handhygiene (Seife oder Desinfektion), wenig haptischen Kontakt mit Gegenständen in fremden Räumen, aber auch zu anderen Personen. Außerdem sollte man üben, sich weniger oft ins Gesicht zu fassen und Nase, Augen und Mund möglichst nicht zu berühren.

12  Die Raumluft

Eine große Rolle spielt der Grad der Luftfeuchtigkeit. In der Regel sorgt das feuchte Mikroklima in der ausgeatmeten Luftwolke dafür, dass die darin enthaltenen Tröpfchen nicht schnell austrocknen. Bei sehr trockener Raumluft aber verlieren solche Flüssigkeitströpfchen, die aufgrund ihrer Größe und Dichte langsam in Richtung Fußboden sinken, auf diesem Weg bereits so viel Feuchtigkeit, dass sie kleiner und leichter werden und nach einigen Sekunden als sogenannte Tröpfchenkerne gar nicht weiter sinken. Auf ihrem Weg durch die Luft werden sie selbst zu schwebenden Aerosolpartikeln.

Tröpfchen von 20 µm können bei einer sehr niedrigen Raumluftfeuchtigkeit von 27 % dabei bis auf 4 µm abnehmen. Verringert sich der Durchmesser eines Partikels von 50 µm etwa auf 10 µm, so verringert sich seine anfängliche Fallgeschwindigkeit von 6,8 cm/s auf 0,35 cm/s [4]. Es ist noch nicht klar, ob sich die so eintrocknenden Partikel auch ähnlich infektiös verhalten wie vergleichbar große „Original“-Aerosole. Die trockene und sprödere Substanz von Tröpfchenkernen aus mikroorganischem Material, Lipiden, Proteinen, eingetrocknetem Speichel und ausgefallenen Salzen gilt den einen als stabiler und infektiöser, andere konstatieren eine verkürzte Viren-Halbwertzeit.

Weil schnell austrocknende Partikel dieser Größe jedenfalls zum Teil nicht mehr den Boden erreichen, sondern in der Luft verbleiben und damit selbst zu feinen Aerosol-Bestandteilen werden, verstärkt eine allzu trockene Raumluft möglicherweise ein aerogenes Infektionsrisiko, zumal auch die Schleimhäute der menschlichen Atmungsorgane in trockener Raumluft zum Austrocknen neigen und so einen großen Teil ihrer Selbstreinigungskraft einbüßen. Umgekehrt verringert dieser Prozess der Tröpfchenaustrocknung durch trockene Raumluft das Risiko einer Kontaktinfektion – es landen weniger Tröpfchen auf im Raum befindliche Gegenstände und auf dem Boden. Da eine Kontaktinfektion durch Coronaviren aber übereinstimmend als mit Abstand unbedeutendster der 3 bekannten Infektionswege angesehen wird, soll dieser Effekt hier gar nicht erst betrachtet werden.

Was die Infektiosität von SARS-CoV-2 in Aerosolen angeht, wurde unter Laborbedingungen bei 40 % Luftfeuchtigkeit und 21° – 23°C Raumtemperatur eine biologische Halbwertzeit von ca. 1,1 Stunden gemessen [2]. Beobachtet wurde dabei auch, dass das Virus auf Oberflächen, insbesondere Edelstahl und Kunststoff, mehrfach länger infektiös bleiben kann, wenn auch nur in sehr geringer Konzentration.

Eine weitere Studie zeigt, dass die biologische Halbwertzeit von SARS-CoV-2 auf Oberflächen bei normaler Zimmertemperatur deutlich kürzer ist als bei sehr niedriger (4°C) oder hoher (30°C) Raumtemperatur. Auch wurde gemessen, dass die SARS-CoV-2-Konzentration auf trockenen Metallplatten innerhalb der ersten Stunde der Eintrocknungsphase um den Faktor 100 sank, um in den folgenden 4 – 8 Stunden kaum weiter abzusinken [3]. Daraus könnte man ableiten, dass Ablagerungen von aerosol- und tröpfchengebundenen Viren auf Oberflächen innerhalb kurzer Zeit ihr infektiöses Potential verlieren, da dort der allergrößte Anteil Viren innerhalb kurzer Zeit inaktiviert wird, und nur ein sehr kleiner Teil diese erste Eintrocknungsphase überlebt – auch wenn dieser Teil sehr beständig scheint und teilweise noch nach Tagen nachgewiesen werden kann.

Im allgemeinen sollte die reguläre Raumluftfeuchtigkeit, wie auch sonst empfohlen, bei 50 – 60 % liegen, und möglichst nicht unter 40 % absinken. Für die intensiv beanspruchten Schleimhäute von Sängern und Sprechern bilden 50 – 60 % Raumluftfeuchtigkeit ein ideales Klima, und gesunde Schleimhäute verfügen über die besten Abwehrkräfte – auch gegenüber Viren. Da auch 20°C – 23°C allgemein als angenehme Raumtemperatur empfunden wird, muss an den bekannten Regeln bzw. Empfehlungen bezüglich optimaler Raumtemperatur und Luftfeuchtigkeit – auch mit kritischem Blick auf die Corona-Situation – nichts geändert werden.

13  Kurzer Rückblick: Die Chordramen

Um zu argumentieren, dass beim Singen der Aerosolausstoß deutlich verstärkt sei und beim gemeinsamen Singen – und so auch im Gesangsunterricht – ein signifikant erhöhtes Infektionsrisiko bestehe, werden gerne sog. Superspreading-Events zitiert, die durch die Medien bekannt wurden. Ich habe zu vier der bekanntesten Ereignisse einmal etwas recherchiert.

1  Amsterdam, Niederlande

Het Amsterdams Gemengd Koor, ein gemischter, 130 Personen zählender Laienchor, Durchschnittsalter 50 Jahre. Für den 8. März 2020 steht im Amsterdamer Concergebouw Bachs Johannespassion auf dem Programm. Letzte reguläre Probe vor dem Konzert: 3. März. Zu der Zeit sind insgesamt gut 100 Corona-Erkrankungen in den Niederlanden gemeldet. Ein paar Kranke im Chor proben nicht mit. Zur Generalprobe einen Tag vor dem Konzert, die in einem großen Raum in einem Schulgebäude stattfindet, melden sich bereits 15 Chormitglieder krank. Die Situation ist wohl nicht allzu beengt, doch Stück und Probe sind lang, spätestens beim Kaffeetrinken stehen alle dicht beisammen. Zum Konzert haben sich bereits 30 Chormitglieder krankgemeldet und singen nicht mit. In den Tagen nach dem Konzert häufen sich die Krankmeldungen. Insgesamt erkranken 102 von 130 Chormitgliedern, von denen mehrere auf der Intensivstation künstlich beatmet werden müssen. 4 Tote sind zu beklagen: ein 78 Jahre alter Sänger sowie 3 Angehörige von erkrankten Chorsängern. Angesteckt haben sich auch der Dirigent, die Gesangssolisten und viele der Orchestermusiker, z.T. mit heftigen Symptomen. Die Konzertsäle in den Niederlanden werden 5 Tage nach dem Konzert geschlossen [12].

2  Berlin, Deutschland

Die Berliner Domkantorei trifft sich am 8. März 2020 zu einer 2,5-stündigen Chorprobe in einem 120 m² großen Raum. Es sind 80 Sängerinnen und Sänger, unter ihnen eine später nachweislich, damals aber unwissendlich infizierte symptomfreie Frau. In Deutschland gemeldet sind zu der Zeit 2 Coronatote. Wenige Tage nach der Probe werden 30 der vergleichsweise jungen Chormitglieder mit Krankheitssymptomen positiv auf Corona getestet, zusammen mit den nichtgetesteten haben insgesamt 60 Personen typische Symptome. Auch der Kantor und die Klavierbegleiterin werden krank. 2 Chormitglieder müssen künstlich beatmet werden, ein weiteres Chormitglied, Alter Mitte 40, ohne Vorerkrankungen, kommt mit beidseitiger Lungenentzündung auf die Intensivstation [13][16].

3  Skagit County, Washington, USA

Der Laienchor Skagit Valley Chorale, Altersdurchschnitt 69 Jahre, hält seine wöchentliche Probe am 10. März 2020 ab in einem Mehrzweckgebäude in Mount Vernon im Bundesstaat Washington. Der Staat rät zu dieser Zeit, Versammlungen auf maximal 250 Personen zu begrenzen. Von den 61 anwesenden Chormitgliedern hat nur eines seit ein paar Tagen leichte Symptome, später wird es als Index-Person identifiziert. Von den anderen 60 anwesenden Chormitgliedern werden 52 krank, 32 davon nachweislich Corona-positiv, die übrigen 20 ungetestet mit vergleichbaren Symptomen. 3 Personen werden medizinisch behandelt, 2 davon, beide über 65, sterben. Während der insgesamt 2,5 Stungen andauernden Chorprobe sitzen die Chormitglieder in mehreren Stuhlreihen bzw. Bänken unmittelbar nebeneinander, seitlicher Abstand: 15 – 25 cm. Zwischendurch gibt es eine Imbisspause, zum Schluss werden gemeinschaftlich die Stühle zusammengestellt [11].

4  Sallent, Katalonien, Spanien

Die River Troupe Gospel, ein Amateur-Gospelchor, probt am 11. September 2020 für einen Open-Air-Auftritt am 13.09. in Sallent, Provinz Barcelona. Für den Chor ist es der erste öffentliche Gig seit Beginn der Pandemie. In der Probe werden laut Aussage einiger Chormitglieder einige Hygieneregeln beachtet – Temperaturkontrolle, Händewaschen, einige singen sogar mit Maske. Aber es ist sehr heiß, zum Schutz vor Hitze, Motten und Mücken bleiben bei der Probe die Türen zu, stattdessen läuft eine Klimaanlage. In den Tagen nach der Aufführung werden 30 Chormitglieder positiv auf Corona getestet, mehr als 40 Sänger und ihre Kontaktpersonen kommen in Quarantäne [14].

Solche Meldungen gibt es auch aus Fleischfabriken und – weniger spektakulär – von Familienfeiern, Sportveranstaltungen und Büroteamsitzungen. Eigentlich sprechen die Ereignisse für sich, die Gemeinsamkeiten sind offensichtlich:

• Eine größere Anzahl von Personen
• steht oder sitzt dicht beisammen
• ohne räumliche Trennschutzmaßnahme zwischen sich
• in Aktion: arbeitend, diskutierend, singend, lachend, feiernd
• über längere Zeit (mehrere Stunden)
• in geschlossenen, unbelüfteten und relativ zur Personenzahl kleinen Räumen

Eine mehr als 2 Stunden dauernde Gesangsprobe mit 60 Personen, Abstand zueinander 15 – 25 cm? Eine 2,5-stündige Chorprobe mit 80 Sängern auf 120 m² ohne Trennschutz- oder Abstandsmaßnahmen? Das sind Situationen, die aus heutiger (!) Sicht so absurd erscheinen, dass sie in keiner Weise verglichen werden können mit einer coronabewusst durchdachten gemeinschaftlichen Nutzung eines Raums durch 2 Personen – wie etwa beim Einzelunterricht Gesang. Die Ereignisse bleiben allerdings abschreckende Beispiele und Warnungen dafür, dass sich größere Gruppenveranstaltungen sicherheitstechnisch zur Zeit kaum durchführen lassen.

14  Viren-inaktivierende Raumluftreinigungstechniken

Zurück zum Gesangsunterricht und den Möglichkeiten der Umluft-Raumluftreinigung:
Die beiden wohl wichtigsten Technologien in gängigen Raumluftreinigungsgeräten gegen virenbelastete Aerosole in der Raumluft bilden HEPA-Filtration und UV-C-Bestrahlung. Erwähnt werden soll auch die Ionisierung, da diese Technik bei fast jedem Gerät zugeschaltet werden kann.

Technologien, die mit desinfizierenden Gasen oder Sprühnebeln arbeiten, werden hier dagegen nicht betrachtet. Was schon beim normalen Atmen eine unangenehme Vorstellung auslöst, wenn nicht gar ungesund ist, das will bestimmt kein Mensch beim Singen einatmen.

15  HEPA-Luftfilter: Mechanische Virenabscheidung

HEPA-Filter steht für High Efficiency Particulate Air Filter, auf deutsch Hosch-Filter (Hochleistungs-Schwebstoff-Filter). Diese Filtermedien in Form von Fasermatten sind speziell hergestellt für die Filtration von Partikeln < 0,1 µm, sind aber auch im Bereich < 1 µm den Feinstaubfiltern überlegen. Die für die Abscheidung von Viren notwendigen Filterklassen sind HEPA 13 und HEPA 14. Die noch feineren Filterklassen ULPA 15, 16 und 17 werden nur in Hochrein- bzw. Sterilraumumgebungen eingesetzt. Dazu gehören Labore der Pharma- oder Lebensmittelindustrie, Umgebungen für Nanotechnologie und Mikrochipproduktion oder Krankenhaus-Operationsräume. Die einfacheren Filterklassen EPA 10 – 12 dagegen scheiden Viren bzw. virenhaltige Partikel nicht ausreichend effizient ab.

In einem HEPA-Filter-Gerät sammeln ein feinmaschiges Gitter sowie ein oder mehrere Vorfilter größere Partikel wie Haare, Insekten, Pollen, Grobstaub und Feinstaub und verhindern damit, dass sich der HEPA-Filter selbst allzu schnell zusetzt. Es gibt Experten, die darauf hinweisen, dass HEPA 13 in seiner Filtrationseffizienz bei SARS-CoV-2-Viren nicht ausreichen würde und HEPA 14 nicht unterschritten werden darf. Dem widersprechen die meisten Fachleute: Unter HEPA 13 werden 99,95 % auch der am schwierigsten herauszufilternden Partikelgrößen abgeschieden, HEPA 14 erreicht hier 99,995 %. Ein für Normalbürger erschwingliches HEPA-14-Gerät ist allerdings kaum zu finden.

Im Vergleich zu HEPA 13 setzen sich HEPA-14-Filter außerdem um einiges schneller zu und müssen früher ausgetauscht werden. Auch muss der Ventilator für einen vergleichbaren Luftdurchsatz stärker arbeiten, was die Lautstärke des Geräts erhöht. Ein hoher Luftdurchsatz ist aber wichtig, um eine auf den jeweiligen Raum bezogen gute Luftwechselrate zu erreichen (vgl. Kap. 18 und Kap. 19). Wichtig ist auch die Verarbeitungsqualität der Gerätekonstruktion: Der allerfeinste Filter nützt nichts, wenn zwischen Filterrand und Einbaustelle am Gerät kleinste Zwischenräume bleiben. Oder wenn die vom Hersteller angebotenen Filtermedien nicht 100-prozentig genau verarbeitet sind.

HEPA-Filtermatten sind meist in einem formstabilen Rahmen eingearbeitet und bestehen aus feiner Glasfaser oder einem anderen Fasermaterial. Die Faserstärke dieser Schwebstofffilter beträgt etwa 1 µm – 10 µm. Bei der mechanischen Filtration partikelhaltiger Luft bzw. Aerosole kommen 4 verschiedene physikalische Effekte zur Anwendung:

1. Siebeffekt. Der abzuscheidende Partikel hat einen Durchmesser, der den räumlichen Abstand zweier benachbarter Filterfasern übersteigt. Die winzigen Luftmoleküle kommen durch, der von ihnen mitgezogene Partikel bleibt hängen. Dieser Effekt tritt bei entsprechend großen Partikeln auf – und soll möglichst klein gehalten werden, um die Schwebstofffilter nicht zu schnell zu verstopfen. Aus diesem Grund werden fast immer mehrere Grob- und Feinstaubvorfilter vorgeschaltet, um die jeweils nachfolgenden feineren Filter nicht mit zu großen Partikeln zu belasten.

2. Trägheitseffekt (Impaktion). Dieser Effekt betrifft vor allem größere Partikel (ca. 5 µm – 20 µm). Ein Partikel dieser Größe ist aufgrund seiner Masse zu träge, um der Luftströmung, die durch die Filterfasern mäandert, exakt zu folgen. Macht der Luftfluss eine plötzliche Kurve um eine Filterfaser, um sie zu umrunden, lässt die Fliehkraft den Partikel aus dem Luftstrom ausbrechen. Er fliegt sozusagen „aus der Kurve“ und weiter geradeaus – und prallt so gegen die Faser, an der er hängenbleibt.

3. Sperreffekt (Interzeption). Kleinere Partikel (> ca. 0,3 µm) folgen zwar dem Luftstrom, kommen bei entsprechend dicht konstruierten Filtermedien dabei dennoch mit den Fasern in Kontakt und bleiben daran haften.

4. Diffusionseffekt. Dieser Effekt betrifft kleinste Partikel (< ca. 0,2 µm). Diese irren im Luftstrom stark hin und her, aufgrund ihrer winzigen Masse werden sie von den Molekülen des Luft- bzw. Aerosolstroms immer wieder neu abrupt abgelenkt (Brownsche Bewegung). Wild in alle Richtungen gestoßen, treffen sie so relativ schnell auf eine Filterfaser und bleiben dort hängen, wohingegen Gasmoleküle von den Filterfasern abprallen und weiter durch das Filtermedium geführt werden.

In ihrer Gesamtheit addieren sich diese 4 Effekte zur Gesamtabscheideleistung eines Filters. Dabei zeigt sich eine auffallende Effizienzlücke: Bei hochfeinen Faserfiltern wie HEPA 13 oder HEPA 14, die speziell kleine (< 1 µm) und kleinste Partikel abscheiden sollen, lässt sich eine bestimmte Partikelgröße vergleichsweise schwierig herausfiltern. Partikel < 0,1 µm können zuverlässig per Diffusion abgeschieden werden, bei Partikeln > 0,3 µm greift ebenso zuverlässig der Effekt der Interzeption, etwas später dann auch der der Impaktion. Bei dazwischen liegenden Partikelgrößen arbeiten aber auch die allerfeinsten Schwebstofffilter etwas abgeschwächt. Diese Partikel-Problemgröße (0,1 µm – 0,3 µm) wird deshalb MPPS genannt, Most Penetrating Particle Size.

Um einen Filter der Gruppen EPA, HEPA oder ULPA genau zu klassifizieren, wird seine Abscheideeffizienz in jenem Partikelgrößenbereich geprüft und bewertet, in dem er am schwächsten abscheidet – und der liegt eben in jenem MPPS-Bereich. Für HEPA 13 liegt der vorgeschriebene Gesamtabscheidegrad bei MPPS bei 99,95 %. Sowohl kleinere als auch größere Partikel werden jedoch zu annähernd 100 % abgeschieden.

Auf dem Markt angebotene Raumluftreinigungsgeräte arbeiten eher selten mit den Begriffen HEPA 13 oder HEPA 14, auch wenn sie mit entsprechend hochwertigen Faserfiltern bestückt sind. Gibt der Hersteller jedoch an, dass im Partikeldurchmesser-Bereich von 0,1 µm – 0,3 µm eine Abscheidewirksamkeit von mindestens 99,95 % erreicht wird, entspricht dies der Filtereffizienz von HEPA 13. Liegt die Abscheidewirksamkeit in diesem Bereich bereits bei 99,995 %, entspricht dies HEPA 14.

HEPA 13 und HEPA 14 sind Filterklassen der langjährigen, nach wie vor gültigen Norm EN 1822. Qualitativ vergleichbar sind sie mit den Filterklassen ISO 35 H und ISO 45 H der neu entwickelten und parallel gültigen Norm ISO 29463. Die dazwischen liegende Filterklasse ISO 40 H dieser Norm liegt in ihrer Abscheideeffizienz zwischen HEPA 13 und HEPA 14. Mit ihrer Wirksamkeit von 99,99 % bei MPPS (0,1 µm – 0,3 µm) entspräche ISO 40 H demnach der Filterklasse HEPA 13,5 – wenn es diese denn gäbe.

16  UV-C-Licht: Keimtötende Virenbestrahlung

Im Bereich der (für Menschen nicht sichtbaren) ultravioletten Strahlung ist das UV-C-Licht noch energiereicher als die längerwelligen Spektren von UV-A- und UV-B-Licht. Innerhalb seines Wellenlängenbereichs von 100 nm – 280 nm hat UV-C-Licht bei 254 nm die am stärksten keimtötende Wirkung.

Seit Jahrzehnten wird UV-C-Licht zur Desinfektion in Krankenhäusern eingesetzt. In direkter offener Bestrahlung werden sowohl Oberflächen als auch Raumluft schnell und effektiv entkeimt. UV-C-Strahlen dringen in das Erbmaterial von Viren, Bakterien, Hefen und Schimmelpilzen ein und schädigen die DNA bzw. RNA, was eine Reproduktion verhindert und die Zellen schnell absterben lässt. Wegen seiner schädlichen Wirkung auf Augen und Haut darf während der Bestrahlung keine Person ohne spezielle Schutzbrille und Rundum-Hautschutz im Raum sein. Aquarien bilden einen weiteren Anwendungsbereich für UV-C-Lampen, deren keimtötende Wirkung dort Mikroorganismen im Wasser unschädlich macht.

Bei Raumluftreinigungsgeräten mit UV-C-Lampentechnologie zieht ein Ventilator die Luft durch Vorfilter in einen blickdicht geschlossenen Kasten. Dort wird die Luft an UV-C-Röhren entlang geleitet und anschließend, eventuell zusätzlich ionisiert, wieder ausgestoßen. Die bekannte und bewährte Effizienz offener (direkter) UV-C-Strahlung kann aber kaum verglichen werden mit der Wirksamkeit verdeckter (indirekter) Strahlung. Die erforderliche Luftdurchsatzmenge bedeutet eine sehr schnelle Durchleitung der Luft durch das Gerät, der Kontakt der Aerosolpartikel mit der UV-C-Strahlung beträgt manchmal nur ein bis mehrere Zehntelsekunden.

Dass in solch kurzer Zeit eine knapp 100-prozentige Inaktivierung der durchschleusten Mikroorganismen stattfinden kann, ist mehr als unwahrscheinlich und wissenschaftlich auch kaum untersucht. Bei kleinen Geräten ist oftmals sowohl die Energieleistung der Lampen als auch der Luftdurchsatz viel zu gering. Eine hohe UV-C-Leistung allerdings führt schnell zu überhöhten Ozonwerten. Und ein höherer Luftdurchsatz würde den Inaktivierungseffekt auf Erreger weiter vermindern. Es sieht so aus, als seien dieser Technologie zu enge Grenzen gesetzt, als dass sie in punkto Keimreduktion etwa mit HEPA-Abscheidung konkurrieren könnte.

Die wenigen von unabhängigen Biotechlaboren durchgeführten Tests von geschlossenen UV-C-Lampen, die ich finden konnte, sprechen (zur Zeit) klar gegen eine ausreichend hohe infektionsschützende Wirkung. Da ein Raumluftreinigungsgerät im Gesangsunterricht in Corona-Zeiten einen absolut ernsten Hintergrund hat, schließen sich solche Techniken aus, zu deren Effizienz wissenschaftlich kaum Untersuchungen vorliegen und für die es keine Standards bezüglich der zu erreichenden Keim-Inaktivierungs-Leistung gibt.

Allenfalls bei sehr hochpreisigen Profi-Geräten mag die eingebaute UV-C-Technik glaubhaft effektiv arbeiten [9], doch fällt hier zweierlei auf: Im Verhältnis zur Gerätegröße ist der maximale m³-Luftdurchsatz gering. So kommen das durchgeführte Aerosol und eventuelle mikroorganische Erreger vielleicht ausreichend lange mit UV-C-Licht in Kontakt – aber es wird eben keine hohe Raumluftwechselrate erzielt, ausgenommen in eher kleinen Räumen (vgl. Kapitel 18 – 20).

Zum zweiten wird UV-C-Strahlung dann mit mehreren anderen Technologien kombiniert – eine hohe Gesamtwirksamkeit ergibt sich aus dem ergänzenden Zusammenspiel verschiedener Technologien (z.B. Kaltplasma, bipolare Luftionisierung, vgl. Kapitel 17), unter denen UV-C eine eher zweitrangige Rolle spielt. In solch einer Kombination mehrerer Technologien ist UV-C in der Reihenfolge nachgeschaltet, wodurch die Luft, die die UV-C-Strahlungseinheit durchläuft, bereits anderweitig stark keimreduziert wurde.

17  Ionisierung

Sowohl Raumluftreinigungsgeräte mit HEPA-Filter als auch solche mit UV-C-Lampen arbeiten häufig mit einer (zuschaltbaren) Ionisierungsfunktion. Bei dieser Funktion wird die Luft vor dem Ausstoß aus dem Gerät unter hoher Spannung elektrisch aufgeladen, dabei werden Anionen (negativ geladene Ionen) erzeugt. Nicht zuletzt weil diese Technik in einfacher Form kaum Kosten verursacht, dürfte sie bei Herstellern so beliebt sein. Reine Luftionisierungsgeräte sind schon ab 30 Euro erhältlich.

Als Wirkungen werden genannt:

1. Elektrische Aufladung durchschleuster Partikel, wodurch diese verstärkt elektrostatische Anziehungskräfte erhalten und sich so schneller auf Oberflächen im Raum absetzen (etwa wie Staub auf Plastik)
2. Clusterbildung von noch in der ungefilterten Luft befindlichen wie bereits durchschleusten Partikeln durch Anlagerung geladener Ionen, wodurch größere Staub- und Aerosolpartikel-Zusammenschlüsse entstehen, die schneller absinken bzw. von mechanischen Filtermedien besser abgeschieden werden
3. Allgemein auffrischende und belebende Wirkung auf die Raumluft
4. Inaktivierung von raumluft- bzw. aerosolgetragenen Mikroorganismen (auch Viren) durch ionisierte Luftbestandteile

Wirkung 3 wird zwar immer wieder zitiert (Luft „wie im Wald“ oder „an einem Wasserfall“), ist aber bis heute zumindest wissenschaftlich nicht nachgewiesen. Wirkung 2 mag die Raumluft insgesamt schwach verbessern, wird aber kaum ein bestehendes Infektionsrisiko durch erregerhaltige Aerosolpartikel reduzieren. Wirkung 1 ist bei handelsüblicher einfacher Ionisationstechnologie wohl am ehesten nachweisbar, einen erregerreduzierenden Effekt darf man aber auch hier nicht erwarten.

Wirkung 4 ist nur bei der sog. bipolaren Ionisierung zu finden und gilt bei dieser dann als Hauptwirkung. Während mit herkömmlich-einfachen Ionisierungseinheiten – wie in den meisten Geräten verbaut – nur negativ geladene Ionen erzeugt werden, mit denen keine Viren angegriffen werden können, erzeugt eine bipolare Ionisierung positiv und negativ geladene Ionen. Zusätzlich zu mehreren Schadstoff-Inaktivierungs- und Abscheidungsvorgängen im Gerät selbst werden also Ionen aus dem Gerät ausgestoßen, verteilen sich als eine Art „Ionenschutznetz“ in der Raumluft und lagern sich u.a. an erregerhaltige Partikel an. Dabei entstehen freie Radikale, die als instabile positiv geladene Ionen (Kationen) mit den Erregern chemisch reagieren und sie auf diese Weise unschädlich machen.

Diese Wirkung setzt eine raumfüllende Sättigung der Luft mit positv und negativ geladenen Ionen voraus, die, wenn sie erst einmal erreicht ist, durch den weiteren Betrieb des Gerätes lediglich aufrecht erhalten werden muss. Insofern scheint diese Technologie weniger stark von einer hohen Raumluftwechselrate und dem damit verbundenen hohen Geräteluftdurchsatz abhängig als etwa HEPA-Filtration oder UV-C-Bestrahlung, was auch in einem Gerätetest angedeutet wird [9].
Welche Auswirkungen solch energetisch hoch aufgeladene Raumluft auf Personen hat, die täglich darin arbeiten, atmen, sprechen und singen, kann hier nicht beurteilt werden. Bipolare Ionisierungseinheiten werden bislang nur in wenigen sehr hochpreisigen Raumluftreinigungsgeräten verbaut. Es gibt wirksamkeitsbelegende Tests des Verfahrens, größere wissenschaftliche Studien stehen aber aus.

Bei sehr einfachen Luftreinigungsgeräten treten durch die Luftionisierung zuweilen überhöhte Ozonwerte auf – nicht selten kann man das die Schleimhäute reizende Gas dann auch deutlich riechen („Höhensonne“). Heutige höherwertige Geräte sind so eingestellt, dass die Ozonwerte minimal und weit unterhalb der zulässigen Grenzwerte bleiben. Für empfindlich reagierende Personen (Reizung der Augen und Atemwege, Kopfschmerzen) können aber auch solche Werte schon zu hoch sein.

Zusammenfassend kann man sagen, dass – bezogen auf die Reduktion virenhaltiger Aerosole in der Raumluft – ein zugeschalteter handelsüblicher Ionisator nichts verbessert oder verschlechtert, bei einfachen Geräten jedoch die Gefahr überhöhter Ozonwerte und gereizter Atemwege besteht. Speziell für den Gesangsunterricht lautet die Empfehlung daher: besser nicht.

18  HEPA-Raumluftreinigungsgeräte und der Faktor Luftwechselrate

Neben dem Filtrationsgrad eines HEPA-Raumluftreinigungsgeräts, definiert durch Klasse und Abscheidegrad der eingebauten Filter (vgl. Kap. 15) sowie deren exakter Einpassung in das Gerätegehäuse, ist die Luftwechselrate n der entscheidende Faktor: Wie oft pro Stunde wird eine dem Raumluftvolumen entsprechende Luftmenge durch das Gerät ventiliert?

Hat ein Musikraum etwa die Maße von 3 x 5 x 2,5 m (B x L x H) und verfügt somit über ein Raumluftvolumen von 37,5 m³, erzielt ein Gerät bei einem Luftdurchsatz von 150 m³/h in diesem Raum eine Luftwechselrate von 4x/h. Wobei ein Geräteluftdurchsatz von 37,5 m³ in diesem Beispiel zwar als ein vollständiger Luftwechsel gilt, in Wirklichkeit aber vielleicht nur 2/3 der vorhandenen Raumluft erreicht wird. Es lässt sich also nicht verhindern, dass pro Raumluftwechseldurchgang zwar der größte Anteil der Raumluft genau einmal durch das Gerät gezogen wird, manche Raumluftanteile aber keinmal, weswegen wiederum andere Raumluftanteile zwei- oder gar mehrfach das Gerät durchlaufen.

Grundsätzlich gilt dennoch: Je höher die Luftwechselrate, desto niedriger der Pegel, auf dem die durchschnittliche Aerosolkonzentration in einem Raum konstant gehalten werden kann – und umso niedriger das Risiko einer indirekten, durch Aerosole übertragenen Infektion. Auch in einer Studie des Max-Planck-Instituts für Chemie Mainz von Oktober 2020 wird vorgerechnet, wie sehr ein der Raumgröße angemessenes HEPA-filterndes Gerät in Situationen, in denen ein Mund-Nasen-Schutz zu sehr stört (in der Studie: Chor), das Infektionsrisiko senkt [19].

Bekannt wurden in August (a) und September (b) 2020 zwei Studien [8] [9] der Universität der Bundeswehr München. Zwei hochpreisige, jeweils mehrere Tausend Euro kostende mobile Umluft-Raumluftreinigungsgeräte (a: Trotec TAC V+, b: Viromed Klinik Akut V 500) waren in einem rechteckigen 80 m² bzw. 200 m³ großen Raum auf ihre Luftreinigungsleistung getestet worden. Die über eine Zeit von 1 Stunde durchgehend gemessenen Aerosolpartikelwerte in der Raumluft wurden als farbig unterscheidbare Exponentialkurven in 2 Diagrammen festgehalten (a: S. 15, Abb. 15 rechts; b: S. 13, Abb. 8 links).

Aus diesen insgesamt 6 Kurven lässt sich herauslesen, dass die Halbwertzeiten (HWZ = Zeit, nach der die Aerosolpartikelzahl in der Raumluft halbiert worden ist) im Bereich von ca. 2/3 – 4/5 der Gesamtzeit eines einzelnen Raumluftwechseldurchgangs liegen. Es wurde also nach bestenfalls 66,6 % und nach schlechtestenfalls 80 % der Zeit eines kompletten Raumluftwechseldurchgangs eine Halbierung der anfänglichen Raumluft-Aerosolkonzentration gemessen.

19   Raumluftreinigungs-Szenarien mit verschiedenen Luftwechselraten

Wie können diese Ergebnisse bei der Einrichtung eines Raums für corona-gerechten Gesangsunterricht helfen? In den nebenstehenden Diagrammen spiele ich zwei Raumluftreiniger-Leistungsszenarien durch. Beide Diagramme beschreiben den zeitlich-qualitativen Verlauf der Raumluftreinigung bei Luftwechselraten von 2x/h, 3x/h, 4x/h, 6x/h und 8x/h durch ein ideal filtrierendes Gerät. Ideal heißt hier 100 % aller abzuscheidenden Partikel. 100 % sind zwar idealisiert, vereinfachen erlaubterweise aber das Rechnen: So liegt der vorgeschriebene Abscheidegrad η eines HEPA-13-Filters bei den am schwierigsten zu filternden Partikelgrößen (0,1 μm – 03 μm) bei 99,95 % – sowohl größere als auch kleinere Partikel werden noch deutlich effektiver, also tatsächlich zu nahezu 100 % abgeschieden.

Als Halbwertzeit für die Aerosolpartikelkonzentration in der Raumluft geht Diagramm 1 vom Zeitpunkt eines einzelnen vollständig abgeschlossenen Luftwechseldurchgangs aus – anders gesagt: Die Halbwertzeit liegt hier bei 100 % der Zeit eines einzelnen Raumluftwechsels. Nach einem vollständigen Raumluftdurchsatz ist danach die Aerosolkonzentration um die Hälfte reduziert, ein nächster Durchgang reduziert anschließend die verbliebene Hälfte wiederum um ihre Hälfte, usw. Tatsächlich ist das Szenario „Halbwertzeit bei 100 % Raumluftwechsel“ ein eher unwahrscheinliches, nämlich übertrieben pessimistisches Szenario, wie schon die oben genannten Studien zeigen.

Das Szenario in Diagramm 2 geht von einer Halbwertzeit bei 80 % eines Raumluftwechsels aus – dies ist also nicht ganz so pessimistisch wie das Szenario in Diagramm 1. Es orientiert sich allerdings immer noch an den weniger günstigen Ergebnissen der oben zitierten Studien – und dürfte genau darum in der Praxis (in einem mehr oder weniger stark möblierten Unterrichtsraum) einen durchschnittlich-realistischen zeitlichen Luftreinigungsverlauf darstellen.

Auch wenn die nebenstehenden Diagramme die exponentiell abnehmenden Werte der Aerosolkonzentration nicht als Kurven, sondern vereinfacht als Linienabfolgen darstellen, lässt sich doch deutlich ablesen, wie entscheidend eine ausreichend hohe Luftwechselrate ist. Die meisten wissenschaftlichen Veröffentlichungen empfehlen eine Luftwechselrate von mindestens 6x/h für Klassenzimmer in Schulen, für Büroräume, Praxisräume u.ä. – durchaus in dem Wissen, dass sich dort meist weit mehr als zwei Personen dauerhaft aufhalten.

Außerdem sollte nie vergessen werden, dass sämtliche Aerosol-Laborversuche eine Situation aufbauen und prüfen, die nicht der Corona-Gefahrensituation in der Realität entspricht. Im Labor wird lediglich untersucht, wie schnell und stark eine anfänglich hergestellte Aerosolkonzentation in der Raumluft durch die getesteten Geräte verringert wird. Im realen Leben aber atmet eine womöglich infizierte Person über die gesamte Zeitdauer ihres Aufenthalts in einem Raum. Die Konzentration gefährlicher Aerosole liegt zu Beginn ihres Aufenthalts daher bei 0 % und steigt mit Dauer ihrer Anwesenheit stetig an. Die Schlussfolgerung aus Labor- wie aus Realsituation ist jedoch die gleiche: Je häufiger und gründlicher eine Raumluft pro Unterrichtstunde gereinigt wird, umso geringer ein mögliches Infektionsrisiko.

20  Fazit

Beim Gesangs-Einzelunterricht halten sich nur zwei Personen gleichzeitig im Musikraum auf. Eine Luftwechselrate von 6x/h oder höher durch ein hochwertiges Raumluft-Reinigungsgerät mit mindestens HEPA-13-Filter stellt sicherlich die beste gesundheitssichernde Maßnahme dar, um während einer laufenden Unterrichtsstunde (ohne Dauer-Durchzug) die Aerosolkonzentration in der Raumluft konstant sehr niedrig zu halten.
Zusammen mit einer großflächigen Stellschutzwand als Tröpfchenschutz, mit Lüften, konsequentem (!) Einhalten eines Sicherheitsabstands zueinander und den anderen oben genannten Hygiene-Regeln halte ich ein mögliches Covid-19-Infektionsrisiko für praktisch ausgeschlossen.

Haftungsausschluss

Die obenstehenden Ausführungen und Grafiken geben den Stand meiner eigenen Beschäftigung mit dem Thema „Gesangsunterricht und Corona“ wieder. Sie sollen Informationen zum Thema liefern sowie Gestaltungsvorschläge, und sie wollen dazu motivieren, sich selbst mit dem Thema auseinander zu setzen: kritisch, neugierig, genau, umsichtig, realistisch.
Die obenstehenden Ausführungen und Grafiken erheben jedoch keinen Anspruch auf wissenschaftliche „Richtigkeit“, Vollständigkeit oder gar Allgemeingültigkeit. Sie können auf keinen Fall als Handlungsanweisung verstanden werden, und selbstverständlich können eventuelle Haftungsansprüche nicht aus ihnen abgeleitet werden.

Literatur

Die Reihenfolge der angegebenen Veröffentlichungen folgt keiner thematischen Ordnung

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2. van Doremalen, Neeltje; Bushmaker, Trenton; Morris, Dylan H.; Holbrook, Myndi G.;  Gamble, Amandine; Williamson, Brandi N.;  Tamin, Azaibi; Harcourt, Jennifer L.; Thornburg, Natalie J.; Gerber, Susan I.; Lloyd-Smith, James O.; de Wit, Emmie; Munster, Vincent J.: Aerosol and Surface Stability of SARS-CoV-2 as Compared with SARS-CoV-1. NEJM 03/2020
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3. Kratzel, Annika; Steiner, Silvio; Todt, Daniel; V’kovski, Philip; Brüggemann, Yannick; Steinmann, Joerg; Steinmann, Eike; Thiel, Volker; Pfaender, Stephanie: Temperature-dependent surface stability of SARS-CoV-2, in: Journal of Infection 2020.
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5. Kriegel, Martin: Ansteckungsgefahr liegt in der Luft. Hermann-Rietschel-Institut TU Berlin 05/2020
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7. RKI Robert-Koch-Institut: COVID-19 (Coronavirus SARS-CoV-2). Wird regelmäßig aktualisiert
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8. Kähler, Christian J.; Fuchs, Thomas; Hain, Rainer: Können mobile Raumluftreiniger eine indirekte SARS-CoV-2 Infektionsgefahr durch Aerosole wirksam reduzieren? Universität der Bundeswehr München, Institut für Strömungsmechanik und Aerodynamik 08/2020
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9. Kähler, Christian J.; Fuchs, Thomas; Hain, Rainer: Quantifizierung eines Viromed Klinik Akut V 500 Entkeimungsgerätes zur Reduzierung der indirekten SARS-CoV-2 Infektionsgefahr durch Aerosolpartikel. Universität der Bundeswehr München, Institut für Strömungsmechanik und Aerodynamik 09/2020
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https://www.trouw.nl/nieuws/die-ene-passion-die-wel-doorging-met-rampzalige-gevolgen~b4ced33e/

13. Neuendorff, Maria: Corona: 60 Chormitglieder im Berliner Dom infiziert. MOZ.de Märkisches Medienhaus GmbH & Co. KG, Berlin 05/2020
https://www.moz.de/nachrichten/berlin/corona-60-chormitglieder-im-berliner-dom-infiziert-49142220.html

14. Associated Press (AP): Choir practice in Spain infects 30 of 41 members with virus September. Madrid 09/2020
https://apnews.com/article/virus-outbreak-archive-spain-pandemics-644e50389c4290559e7a5486b32d5847?fbclid=IwAR066BI0ayG3msbqP_lHhz32rz6_E8Ggb3362Xn2u5cJ7ov7ygNtrQcD8S0

15. Spahn, Claudia; Richter, Bernhard et al.: Risikoeinschätzung einer Coronavirus-Infektion im Bereich Musik. Freiburg 12/2020
https://www.mh-freiburg.de/hochschule/covid-19-corona/risikoeinschaetzung
https://www.mh-freiburg.de/fileadmin/Downloads/Allgemeines/5._UpdateRisikoabschaaetzungCoronaMusikSpahnRichter_14.12.20_.pdf

16. Tobias Brommann im Gespräch mit Kirsten Dietrich: Ansteckung beim Proben: Im Chor singen geht nicht digital. Deutschlandfunk Kultur 05/2020
https://www.deutschlandfunkkultur.de/ansteckung-beim-proben-im-chor-singen-geht-nicht-digital.1278.de.html?dram:article_id=477236

17. Mürbe, Dirk; Fleischer, Mario; Gastmeier, Petra; Bischoff, Peter: Beurteilung der Ansteckungsgefahr mit SARS-CoV-2-Viren beim Singen. Charité Berlin, Klinik für Audiologie und Phoniatrie / Institut für Hygiene und Umweltmedizin 05/2020
https://audiologie-phoniatrie.charite.de/fileadmin/user_upload/microsites/m_cc16/audiologie/Allgemein/Singen_und_SARS-CoV-2_Prof._M%C3%BCrbe_et_al._04052020.pdf

18. Stingl, David: Singen in Zeiten von Corona – Forschung, Wunsch und Wirklichkeit im Widerstreit. NMZ Neue MusikZeitung 2020
https://www.nmz.de/artikel/singen-in-zeiten-von-corona

19. Lelieveld, Jos; Helleis, Frank; Borrmann, Stephan; Cheng, Yafang; Drewnick, Frank; Haug, Gerald; Klimach, Thomas; Sciare, Jean; Su, Hang; Pöschl, Ulrich: Model Calculations of Aerosol Transmission and Infection Risk of COVID-19 in Indoor Environments. Max Planck Institute for Chemistry, Mainz Germany / The Cyprus Institute, Climate and Atmosphere Research Center, Nicosia Cyprus. International Journal of Environmental Research and Public Health 11/2020; 17(21):8114
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https://www.mdpi.com/1660-4601/17/21/8114/htm
https://www.mdpi.com/1660-4601/17/21/8114/pdf

20. Singen und Corona. Eine Materialsammlung für Sänger*innen und Chöre. Singen in Zeiten von SARS-CoV-2 – Das Wiki
https://aerosole.net/

21. Luftfilterbau GmbH: Grundlagen der Filtertechnik. Kiel 05/2019
https://www.luftfilterbau.de/cms/upload/produkte/Grundlagen/PDF/Filtertechnik_0I00.pdf

22. EMW Filtertechnik GmbH: Filtercampus. Info zu versch. filtertechnischen Themen
https://www.emw.de/de/filter-campus/

23. Perry, J. L.; Agui, J. H.; Vijayakumar, R.: Submicron and Nanoparticulate Matter Removal by HEPA-Rated Media Filters and Packed Beds of Granular Materials. NASA/TM – 2016–218224. Hampton, VA, USA, 05/2016
https://ntrs.nasa.gov/api/citations/20170005166/downloads/20170005166.pdf

24. Heffernan, Tim: Can HEPA Air Purifiers Capture the Coronavirus? NewYorkTimes, 11/2020
https://www.nytimes.com/wirecutter/blog/can-hepa-air-purifiers-capture-coronavirus/

25. Aerosole – Stäube, Rauche und Nebel [MAK Value Documentation in German language, 1997]. Wiley Online Library
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/3527600418.mb0aeroaerd0024
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26. Richter, W.; Seifert, J.; Gritzki, R.; Rösler, M.: Bestimmung des realen Luftwechsels bei Fensterlüftung aus energetischer und bauphysikalischer Sicht / Kurzfassung. TU Dresden – Fakultät für Maschinenwesen, Institut für Thermodynamik und Technische Gebäudeausrüstung. Fraunhofer Informationszentrum Raum und Bau IRB 2003
https://www.irbnet.de/daten/kbf/kbf_d_F_2425.pdf