Ionisation zur Abscheidung und Abtötung von Corona-Aerosolen aus Luft

Zur Verringerung von Corona-Aerosolen in der Raumluft beziehungsweise zu deren Ausfiltern und Abtöten spielen neben einem erhöhten Außenluftwechsel durch RLT-Anlagen oder einer verstärkten Fensteröffnung auch Sekundärluftgeräte eine wichtige Rolle. Diese werden als steckerfertige Geräte im Raum aufgestellt. Sie saugen belastete Raumluft an, scheiden daraus Viren und weitere Schad- und Geruchsstoffe ab und fördern dann die gereinigte Luft zurück in den Raum. Als mögliche Abscheidesysteme gegenüber Corona-Viren mit Wirksamkeiten von oft über 99 % werden häufig Luftfilter der Qualitäten ISO ePM1 oder HEPA-Filter, eine UV-C-Bestrahlung und eine Ozonisierung eingesetzt – oder auch Kombinationen aus diesen Komponenten.

Weniger bekannt, aber ebenso hochwirksam, ist ein im Lüftungsgerät oder in einer Luftleitung installiertes System zur Luftionisation, das nachfolgend vorgestellt wird. Dessen Effizienz von mehr als 99 % gegenüber Corona-ähnlichen Testviren bei einer gleichzeitig gesundheitlichen Unbedenklichkeit während des Betriebs wurde kürzlich in einem aufwendigen Prüfverfahren vom Fraunhofer-Institut für Bauphysik (IBP) nachgewiesen.

Wie funktioniert die Ionisation und welche Wirkung hat sie?

Die Ionisation beruht auf der Wirkung eines elektrischen Hochspannungsfelds und den darin erzeugten Entladungen (ähnlich wie bei einem Gewitter). Infolge der periodischen Entladungen entsteht aus normalem Luftsauerstoff Luftplasma bzw. aktivierter Sauerstoff. Das sind positiv und negativ geladene Sauerstoffionen (O2+ und O2-).

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Abbildung 1: Schematische Wirkung der Ionisation und Erzeugung der Sauerstoffionen in einem Hochspannungsfeld. (Abb. © Ionair)

Gleichzeitig werden bei diesem Prozess auch geringe Mengen an Ozon erzeugt. Die geladenen Sauerstoffionen neutralisieren Gerüche (wie VOC) über einen Oxidationsprozess und agglomerieren Partikel (Staub, Rauch). Darüber hinaus inaktiviert aktivierter Sauerstoff Mikroorganismen, zum Beispiel Keime, zu harmlosen Substanzen. Die Sauerstoffionen schädigen dabei die Zellstrukturen von Schimmelpilzen, Bakterien und Viren, sodass diese inaktiv werden. Sie greifen auch Kohlenwasserstoffverbindungen an und cracken diese. Dabei reinigen diese Ionen in Räumen nicht nur die Luft, sondern auch Flächen. Das Verfahren der Ionisation ist nicht neu, sondern wird bereits seit Jahren in vielen Bereichen zur Reinigung und Entkeimung von belasteter Raumluft (oder auch Fortluft) eingesetzt, zum Beispiel in Bürogebäuden, Flughäfen, Krankenhäusern und in der Lebensmittelindustrie.

Somit ist die Ionisation ein hocheffizientes Verfahren zur Verringerung von Viren, Bakterien, Gerüchen etc. aus Luftvolumenströmen und aus der Raumluft. In der Natur werden diese Ionen wesentlich durch Solarstrahlung und intensive Wasserbewegungen erzeugt. Ionisierter Sauerstoff ist ein Indiz für „frische, gute Luft“ und wird auch in der Medizin als Therapie zur Erhöhung der Sauerstoffsättigung im Gewebe eingesetzt. Die höchsten Konzentrationen von Ionen gibt es bei einem Seeklima und in der Nähe von Wasserfällen (20.000 – 70.000 Ionen/cm³). Gebirgsluft enthält etwa 4.000 – 8.000 Ionen/cm³ und Waldluft noch 1.000 – 2.500 Ionen/cm³. Diese Konzentration sinkt in Stadtgebieten auf etwa 20 – 200 Ionen/cm³ und in Innenräumen auf unter 100 Ionen/cm³. Zum Vergleich: Ärzte empfehlen etwa 1.000 bis 2.000 Ionen/cm³ für eine „gesunde Umgebung“.

Die Technik der Luftionisation

Das die benötigte Ionisationsenergie erzeugende Ionisationsmodul wird in einem Leerteil des RLT-Geräts oder in der Luftleitung installiert. Der Leistungsregler bestimmt anhand der Signale der Sensoren die benötigte Ionisationsintensität, die abhängig ist von der Luftbelastung (Verschmutzung) der Außenluft und der Raumluft, von der Größe des Luftvolumenstroms, von der Raumluftqualität und der Feuchte. Die elektrische Leistung für diesen Prozess beträgt etwa 10 W pro 1.000 m³/h Luftvolumenstrom. Wird der Grenzwert für Ozon erreicht, merkt dies der Ozonsensor und der Leistungsregler reduziert entsprechend die Ionisationsintensität. Bei Planungen und beim Betrieb von Ionisationssystemen sollte aber folgendes beachtet werden: Wenn die Ionen im RLT-Gerät erzeugt werden, sinkt deren Konzentration und somit deren Wirksamkeit bei längeren Luftleitungen, wo sie durch Reibung inaktiviert werden. Hier ist es empfehlenswert, die Ionisation in der Luftleitung möglichst nahe an den Zuluftdurchlässen zu installieren.

Untersuchung des Fraunhofer-Instituts zur Abtötung von Corona-Aerosolen

Ende 2020 hat das Fraunhofer-Institut für Bauphysik (IBP) im Auftrag des Unternehmens ionair AG aus Luzern/Schweiz Untersuchungen zu Effizienzmessung des ionair Air Quality Ionisationssystems „ionair ICE-A2000“ (Luftqualitätsensoren, Flowsensor, Feuchtesensor, Ozonsensor und Ionisationsmodul) im Hinblick auf die Verringerung und Inaktivierung von Surrogat-Testviren (vergleichbar mit SARS-CoV-2) aus der Raumluft durchgeführt.

Die Durchführung der Untersuchung

Ein Luftvolumenstrom von 400 m³/h wird im Klimazentralgerät konditioniert und strömt dann in eine Luftleitung ein, in die kontrolliert und kontinuierlich Testviren zugegeben werden. In der Luftleitung befindet sich auch das dort eingebaute Ionisations-Modul. Danach strömt die Luft in einen Testraum ein (Volumen 127 m³, 23 °C, Feuchte 50 %).

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Abbildung 2 (links): Einbau des Luftionisationsmoduls in die Zuluftleitung.
Abbildung 3 (rechts): Schematische Darstellung des Prüfaufbaus.

Eine Stunde, nachdem im Prüfraum stationäre Bedingungen vorlagen, wurde der Ionisator angeschaltet und drei Stunden lang betrieben, um wiederum stationäre Bedingungen zu erreichen. Während und nach dieser Zeit wurden die Konzentrationen unter anderem der Testviren sowie von O3 (Ozon), TVOC, Ketonen und Aldehyden im Prüfraum gemessen und mikrobiologisch analysiert.

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Abbildung 4: Die im Prüfraum installierte Messtechnik zur Erfassung der Luftverunreinigungen (Alle Abbildungen ionair / IBP)

Die Ergebnisse

Es wurde nach 2,5 h Betrieb des Ionisators bei kontinuierlicher Zudosierung von Testviren eine Inaktivierung der Testviren um 99,59 % bei gleichzeitiger Einhaltung aller gesundheitlich relevanter Parameter nachgewiesen (Unterschreitung der Grenzwerte für VOC, Aldehyde, Ketone). Der Ozongehalt im Testraum stieg kurzzeitig auf maximal 90 ug/m³ (Grenzwert 120 ug/m³). Somit wurden alle gesundheitlich vorgegebenen Richtwerte eingehalten.

Weitere Informationen

Weitere Informationen zu den Prüfungen stehen auf den Seiten von ionair hier und bei Fraunhofer IBP hier

Der Beitrag wurde gemeinsam von Dr. Manfred Stahl und der ionair AG für cci Wissensportal erstellt. (Stand: März 2021)

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Ein Kommentar zu “Ionisation zur Abscheidung und Abtötung von Corona-Aerosolen aus Luft

  1. Das hört sich alles sehr gut an. Nur bei der Planung gibt es anscheinend wieder ein Problem. Bei Planungen und beim Betrieb von Ionisationssystemen sollte aber folgendes beachtet werden: Wenn die Ionen im RLT-Gerät erzeugt werden, sinkt deren Konzentration und somit deren Wirksamkeit bei längeren Luftleitungen (Was heißt längere Luftleitungen 3m – 10m – 50m?), wo sie durch Reibung inaktiviert werden. Hier ist es empfehlenswert, die Ionisation in der Luftleitung möglichst nahe(Wie nahe an den Auslässen – 1m – 0,20m?) an den Zuluftdurchlässen zu installieren. Sind auch Bestandsanlagen nachrüstbar? Laut der Darstellung sind doch noch einige Frage offen. Auch bei der alten Technik wurden die Luftionosation nicht zu Ende gedacht. Es ist im Grunde eine tolle Technik, wenn endlich einmal eine optimale Lösungen für verschiedenen Lüftungseinsätze vorgeschlagen würden. Es wäre zu wünschen, wenn es hierzu einmal ein Gesamtlösungskonzept geben würde. Vielen Dank für Ihre Vorstellung von Luftinosationsanlage in Verbindung mit Covid.
    Olaf Mayer(SV)

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