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Mit UV-C-Strahlung wirksam gegen das Coronavirus vorgehen

PTB untersucht den Raumluftreiniger von Braunschweiger Entwicklern

01.12.2020

In der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) wurde der Prototyp eines UV-C-Raumluftreinigungsgerätes bezüglich seiner Bestrahlungsstärke im Innern vermessen, um dessen Wirksamkeit für die Neutralisierung von Keimen und Viren abschätzen zu können. Mit einer Simulation der Bestrahlungsstärkeverteilung im Gerät konnte zudem die Eignung der abschließend gewählten Lampenanordnung untersucht werden. Für den untersuchten Prototyp lässt sich abschätzen, dass durch das Gerät geführte Viren zerstört und somit die Virenlast in der Raumluft prinzipiell deutlich reduziert werden kann.

Dr. Peter Sperfeld führt Messungen der UV-C-Strahlung an einem geöffneten Prototyp eines Raumluftreinigungsgerätes durch.

Simulierte Bestrahlungsstärkeverteilung für acht Lampen in der Mitte des Rohres (Draufsicht, Falschfarbendarstellung)

Simulierte Bestrahlungsstärkeverteilung für acht Lampen in der Mitte des Rohres (Seitenansicht)

Simulierte Bestrahlungsstärkeverteilung entlang des Rohres (Seitenansicht)

Beim Kampf gegen Corona ist oft von sogenannter UV-C-Strahlung die Rede, mit der Viren und Keime zerstört werden können. Die Strahlung, die mit speziellen Lampen erzeugt werden kann, zerstört Teile des Erbgutes (der DNA/RNA) von Viren und Mikroorganismen und verhindert damit deren Vermehrung. Tatsächlich wird die energiereiche kurzwellige Strahlung bereits erfolgreich in vielen Wasserwerken bei der Entkeimung von Trinkwasser eingesetzt. Hier kommen in zertifizierten Anlagen oft Niederdruckentladungslampen zum Einsatz, die vom Wasser umflossen werden und mit ihrer Mikroben-vernichtenden Wirkung 99,9999 % der Mikroorganismen und Viren zerstören. Die eingesetzten Lampen ähneln „Leuchtstoffröhren“ ohne Leuchtstoff und emittieren UV-C-Strahlung bei einer Wellenlänge von 254 nm, also außerhalb des für den Menschen sichtbaren Bereiches (deshalb „ultraviolett“, UV). Niederdruckentladungslampen kommen vermehrt auch in der Entkeimung von Raumluft zum Einsatz und sind eine weitere effektive Möglichkeit, die Viruslast in Räumlichkeiten deutlich zu reduzieren.

Im Fachbereich Photometrie und Spektroradiometrie der PTB wurden radiometrische Messungen an einem Prototyp durchgeführt, den eine Braunschweiger Firma entwickelt hat, um ein kostengünstiges UV-C-Raumluftreinigungsgerät für Klassenzimmer bereitzustellen. In einem großen Rohr, in dem bis zu acht lange UV-Lampen eingebaut sind, führt ein Ventilator die Raumluft von unten nach oben an den Niederdruckentladungslampen vorbei. Messungen entlang des Rohres vermitteln einen Eindruck von der wirksamen Bestrahlungsstärke innerhalb des Gerätes.

Mit der Lichtplanungssoftware DIALux evo wurde die Strahlungsverteilung im Innern des Gerätes berechnet und mit den Messergebnissen verglichen. Es zeigte sich, dass in großen Bereichen innerhalb des UV-C-Raumluftreinigungsgerätes ein hohe wirksame Bestrahlungsstärke vorliegt. In Verbindung mit der Geschwindigkeit der durchströmenden Luft ist es möglich, die Bestrahlungsdosis abzuschätzen, die auf virenbelastete Aerosole während eines Durchgangs durch das Rohr wirkt. In Verbindung mit der Luftaustauschrate innerhalb eines Raumes kann man dann abschätzen, um welchen Anteil die Viruslast im Raum reduziert wird.

Die hochwirksame, energiereiche UV-C-Strahlung ist aber auch sehr schädlich für Haut und Augen. Daher muss sichergestellt werden, dass so gut wie keine UV-C-Strahlung außerhalb des Raumluftreinigungsgerätes auftritt. Zu diesem Zweck hat die PTB Messungen mit hochempfindlichen Messgeräten durchgeführt und für ein vollständig ausgestattetes und ordnungsgemäß aufgestelltes Gerät keine nennenswerte UV-C-Strahlung außerhalb des Rohres feststellen können. Der Raumluftreiniger ist also bei ordnungsgemäßem Betrieb vollständig sicher. Noch ist nicht abschließend geklärt, welche Bestrahlungsdosis und Umwälzrate genau benötigt wird, um im kontinuierlichen Betrieb (z. B. während einer Unterrichtsstunde) nahezu alle SARS-CoV-2-Viren in der Luft eines Raumes zu neutralisieren. Hier werden zurzeit weltweit verschiedene Studien durchgeführt. Für den untersuchten Prototyp lässt sich jedoch abschätzen, dass durch das Rohr geführte Viren zerstört werden und somit die Virenlast in der Raumluft prinzipiell deutlich reduziert werden kann.
es/ptb

Ansprechpartner
Dr. Peter Sperfeld, Fachbereich 4.1 Photometrie und Spektroradiometrie, Telefon: (0531) 592-4144, E-Mail: Opens local program for sending emailpeter.sperfeld(at)ptb.de

Dr. Johannes Ledig, Fachbereich 4.1 Photometrie und Spektroradiometrie, Telefon: (0531) 592-4120, E-Mail: Opens local program for sending emailjohannes.ledig(at)ptb.de