1.1 METEOROLOGISCHE GRUNDLAGEN

1.1.1 Luft

1.1.1-1 Reine Luft

Die Luft umgibt die Erdkugel allseitig in Form einer Hülle. Die untere, der Erdoberfläche anliegende Schicht nennt man Troposphäre, die in unseren Breiten bis etwa 11 km reicht. Darauf folgen die Stratosphäre (11 bis 75 km) und Ionosphäre (75 bis 600 km).

Der durch das Gewicht der Luft verursachte Druck an der Erdoberfläche beträgt im Mittel p = 1,013 bar = 1.013 hPa (Hektopascal). Bei gleichmäßiger Dichte der Luft würde sich hieraus rechnerisch eine Höhe der Atmosphäre von

ergeben, wobei ρ = 1,293 die Dichte der trockenen Luft bei 0°C in kg/m³ und g = 9,81 m/s² die Fallbeschleunigung ist. In Wirklichkeit nimmt jedoch die Dichte und die Temperatur der Luft mit der Höhe ab (Tafel 1.1.1-1), vgl. auch DIN ISO 2533:1979-12.

Abnahme der Temperatur mit der Höhe: 6,5 K je km bis 11 km Höhe. Von 11 km bis etwa 20 km Temperatur annähernd gleichbleibend bei etwa −55°C. In 20 bis 47 km Höhe Temperaturanstieg durch Ozonbildung bis etwa 0°C, dann wieder Temperaturabfall.

Chemisch gesehen ist die Luft ein Gemisch verschiedener im normalen Temperaturbereich permanenter Gase, unter denen Stickstoff, Sauerstoff, Argon und CO₂ überwiegen und zusammen ungefähr 99,99% des Gewichts ausmachen (Tafel 1.1.1-2). Die Zusammensetzung ändert sich an der Erdoberfläche örtlich und zeitlich nur sehr wenig, während in großen Höhen die leichten Gase Wasserstoff und Helium überwiegen. Anteilige Sauerstoffabnahme 0,3% je km. Außer den permanenten Gasen ist in der Luft noch Wasserdampf in wechselnden Mengen vorhanden. Geringster Anteil fast 0% (bei tiefen Temperaturen), höchster Anteil etwa 3 Gew.-% ≈ 4 Vol.-%.

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1.1.1-2 Verunreinigungen

Siehe auch Abschnitt 1.10: Grundlagen des Umweltschutzes, insbesondere der Luftreinhaltung.

1.1.1-2.1 Gase und Dämpfe ¹⁾

In gewissen Mengen finden sich in der freien Luft abhängig von Gegend, Klima, Jahreszeit, Wetter und anderen Faktoren noch eine Anzahl weiterer Gase und Dämpfe, deren Quellen in der Hauptsache Industrie, Kraftwerke, Haushalt und Verkehr sind und von denen die wichtigsten folgende sind:

• Ozon (O₃) entsteht bei elektrischen Entladungen, Oxidations- und Verdunstungsvorgängen, in sehr geringen Mengen in der Atmosphäre nachweisbar, etwa 0,02 bis 0,1 mg/m³. Es hat einen stechenden Geruch. Bei Konzentrationen > 0,2 mg/m³ treten bereits Reizungen auf. Ozonreiche See- oder Bergluft ist ein Indikator für hohen Reinheitsgrad der Luft, da Ozon schnell mit Luftverschmutzungen reagiert. Ozonmangel in der Atmosphäre – vor allem über der Antarktis, neuerdings auch über der Arktis wird auf Fluorchlorkohlenwasserstoff (FCKW) aus Spraydosen und Kältemitteln zurückgeführt (siehe auch Abschnitt 5.3.1). Dadurch dringt UV-Strahlung der Sonne in stärkerem Maße bis zur Erdoberfläche durch mit Auswirkungen auf das Klima und Gefahr von Hautkrebs. Die gesetzlichen Maßnahmen zum Verbot von FCKW haben inzwischen zu einer Verkleinerung des „Ozonlochs" geführt.
• Wasserstoffsuperoxid (H₂O₂) entsteht wie Ozon, jedoch in größeren Mengen, in Niederschlägen nachweisbar, etwa 200 mg/m³.
• Kohlenmonoxid (CO) entsteht durch unvollkommene Verbrennung bei Feuerungen und anderen Verbrennungsvorgängen, daher namentlich in Städten und Industriegegenden nachweisbar, geruchlos, sehr giftig. Hauptquellen sind Kraftfahrzeuge und Hausbrand. In Abgasen von Otto-Motoren bis 8 Vol.-% nachweisbar, zulässig im Leerlauf 3,5 Vol.-%. Auch im Tabakrauch enthalten. Besonders gefährlich, da nicht wahrnehmbar.
  • Vorkommen in Straßen mit normalem Verkehr: 25 ppm = 30 mg/m³
  • Vorkommen in Straßen mit starkem Autoverkehr: 50 ppm = 60 mg/m³
  • Vorkommen in Abgasen und Brandgasen bis: 3,0 Vol.-% = 36.000 mg/m³
  • Auch in Wohnungen können, namentlich wenn geraucht wird, Konzentrationen von 50 und mehr mg/m³ vorkommen.
• Kohlendioxid (CO₂): Sein geringer Anteil in der Luft erhöht sich langsam vor allem durch Verbrennungsprozesse fossiler Brennstoffe, jährlich um derzeit ca. 1,9%. Ursprünglich (vor 30 Jahren) ging man von 340 ppm aus, im Jahre 2000 lag das CO₂-Niveau bei 375 ppm und aktuell (2013) kann man vom Basiswert 400 ppm CO₂ entsprechend 600 mg/m³ ausgehen. Damit ist ein merklicher Einfluss auf das Klima gegeben. Anstieg der Lufttemperatur (Treibhauseffekt) durch Verhinderung der Wärmeabstrahlung der Erdoberfläche infolge CO₂-Zunahme in der Atmosphäre (verstärkte Absorption von Wärmestrahlung). Mögliche Abhilfe: Reduzierung des Verbrauchs fossiler Brennstoffe durch Energie-Einsparung (Wärmerückgewinnung), Substitution durch Kernenergie oder Wasserstoff-Verbrennung. Infolge des für Deutschland beschlossenen Ausstiegs aus der Kernenergie (Energiewende) kommt den regenerativen Energien Solarwärme, Photovoltaik, Geothermie eine besondere Bedeutung zu ²⁾.
• Schwefeldioxid (SO₂) entsteht bei Verbrennung von Kohle und Heizöl, daher ebenfalls namentlich in Industriegegenden nachweisbar. Stadt- und Ferngase sowie Erdgase enthalten praktisch keinen Schwefel und sind daher die saubersten Brennstoffe. Sie erzeugen bei der Verbrennung wegen des hohen Wasserstoffanteils auch relativ wenig CO₂. Bei den Heizölen werden mehr und mehr schwefelarme Rohöle verarbeitet.
  • Bei der Verbrennung von Heizöl EL mit 0,3% Schwefel enthalten die Abgase ca. 0,5 g SO₂ je m³.
  • Kohlekraftwerk ohne Entschwefelung: 1...3 g SO₂ je m³.
  • SO₂ wird in der Luft allmählich zu SO₃ oxidiert, das sich mit der Luftfeuchte zu Schwefelsäure (H₂SO₄) umsetzt.
  • Vorkommen in der Luft etwa 0,1 bis 1 mg/m³ (0,04...0,4 ppm), räumlich und zeitlich sehr unterschiedlich, im Winter wesentlich höher als im Sommer.
  • Schädlich für Pflanzenwelt bereits bei 0,5 mg/m³, bei manchen Pflanzen auch noch weniger.
  • Wirkung auf Menschen bereits ab 0,5 mg/m³ (Vgl. VDI 2310) ³⁾. Unangenehmer Geruch, Reizung der Schleimhaut, gesundheitsschädlich.
• Ammoniak (NH₃) entsteht bei Fäulnis- und Zersetzungsvorgängen sowie Verschwelungen. Leichter als Luft, steigt bei Freiwerden sofort nach oben. Vorkommen in freier Luft etwa 0,02 bis 0,05 mg/m³.
• Nitrose Gase (NO, N₂O, NO₂) entstehen durch Kraftverkehr und Feuerungsanlagen mit hohen Verbrennungstemperaturen über 1.300°C. Gelblich-rotbraune Farbe, stechender Geruch. Vorkommen in freier Luft 0,1...0,5 mg/m³ (NO₂). Giftig, mit Wirkung ähnlich wie SO₂.
• Blei als Aerosol in der Atmosphäre stammt überwiegend aus den Abgasen der Kraftfahrzeuge. Es war früher als Antiklopfmittel im Benzin enthalten.
  • Mittlere Konzentration in der Luft entsprechend hoch: 1 bis 3 µg/m³, in Hauptverkehrszeiten 25 bis 30 µg/m³, sehr giftig.
  • Begrenzung durch das Benzinbleigesetz. Nach Reduzierung des zulässigen Bleigehaltes nach TA Luft ≤ 2 µg/m³ sofort entsprechende Reduzierung der Konzentration in der Luft.
  • WHO-Empfehlung: ≤ 0,5 – 1 µg/m³. Nach neuer TA Luft (2001): ≤ 0,5 µg/m³.

Weitere nicht regelmäßig in der Luft nachweisbare Gase und Dämpfe entstehen durch Ausdünstungen und Riechstoffe der Tiere und Pflanzen sowie durch Arbeitsvorgänge in Fabriken, namentlich chemischen Fabriken, Gießereien u. a.

Bei Smog-Wetterlagen hat man Konzentrationen von mehr als 4 mg/m³ an Staub und SO₂ gemessen. Beim Vergleich von Umweltverschmutzungen müssen sowohl die verschiedenen Quellen wie CO, SO₂, NO_x usw. als auch die verschiedenen Gebiete wie Stadtkern, Industriegegend u. a. in Betracht gezogen werden. Allerdings zeigen sich in den letzten Jahrzehnten deutliche Veränderungen im Hinblick einer lokalen Vergleichmäßigung in der Ausbreitung der Verunreinigungen. Die Industriegebiete sind entscheidend besser in der atmosphärischen Qualität geworden (Staubfilter, Entschwefelungs- und Entstickungsanlagen bei Kraftwerken, sehr hohe Schornsteine verteilen die Restemissionen weiter). An sich emissionsärmere ländliche Gebiete haben sich zunächst verschlechtert, im letzten Jahrzehnt ergaben Messungen eine erhebliche Verringerung der Trübung überall in Deutschland.

In der Regel zeigt die Schadstoffbelastung der Luft einen tages- und jahreszeitlichen Verlauf. So wird SO₂ aus Heizungen hauptsächlich im Winter emittiert. Im Laufe der Zeit kann eine Absorption der Schadstoffe durch Regen, Schnee, Ozon und Filterwirkung der Vegetation u. a. erfolgen.

In Wohnräumen lassen sich außer den erwähnten Bestandteilen gelegentlich noch andere Beimengungen der Luft nachweisen. Aus Spanplatten und Aminoplast-Ortsschäumen kann Formaldehyd austreten. In Wohnungen tolerierbar 0,12 mg/m³ = 0,1 ppm. Messungen ⁴⁾ ergaben bis 0,6 mg/m³. Ferner wird aus Holzfarben herrührend Pentachlorphenol (PCP) gefunden.

In mehreren Ländern wurden in Häusern radioaktive Teilchen in der Luft nachgewiesen. Quellen sind die radioaktiven Edelgase Radon und Thoron, die als Zerfallsprodukte aus Uran/Radium bzw. Thorium entstehen und überall in der Natur vorkommen. Radon und Thoron gelangen aus dem Boden, Baustoffen oder Wasser in die Luft, zerfallen weiter in Blei und Polonium, die sich an Staubpartikel in der Luft anlagern und durch Inhalation lungengängig sind. Dadurch kann Lungenkrebs auftreten, wie an besonders exponierten Bergarbeitern nachgewiesen wurde. Neuerdings liegen besonders aus den USA Erkenntnisse vor, dass der Grad der Gefährdung durch Radon erheblich größer ist als früher angenommen. Zweitstärkste Ursache für Lungenkrebs nach dem Rauchen. Gemessene Mittelwerte für Radon-Konzentration in der Raumluft von Wohnungen 50 Bq/m³, jedoch mit breiter Streuung. Als kritischer Wert wird derzeit 500 Bq/m³ angesehen. Hauptquelle der Radonzufuhr aus dem Boden. Beseitigung durch Lüften vorzugsweise im Bodenbereich (Keller) ⁵⁾.

In gewerblichen Betrieben treten je nach der Art des Arbeitsprozesses häufig weitere Gase und Dämpfe, manchmal in gefährlicher Menge auf, so dass die in solchen Räumen arbeitenden Personen durch besondere gewerbehygienische Vorschriften geschützt werden. Außerdem existieren für Anlagen eines Gewerbebetriebs die Arbeitsstättenverordnung und die Arbeitsstättenrichtlinien (ASR), die Anforderungen an die einzuhaltenden Bedingungen am Arbeitsplatz enthalten. Das Berufsgenossenschaftliche Institut für Arbeitssicherheit (BIA) hat in der „Grenzwerteliste 2017" ⁶⁾ die wichtigsten Grenzwerte zu chemischen, biologischen und physikalischen Einwirkungen zusammengestellt, die für die Sicherheit der Gesundheit am Arbeitsplatz von Bedeutung sind:

• TRGS 900 „Grenzwerte in der Luft am Arbeitsplatz"
• TRGS 903 „Biologische Arbeitsplatztoleranzwerte"
• TRGS 905 „Verzeichnis krebserzeugender, erbgutverändernder oder fortpflanzungsgefährdender Stoffe"
• TRGS 906 „Verzeichnis krebserzeugender Tätigkeiten und Verfahren"

sowie Grenzwerte für sämtliche heute bekannte Belastungen in Innenräumen (Lärm, Vibration, thermische Belastungen, Strahlung, Elektrizität, biomechanische Belastungen und Hinweise zu biologischen Einwirkungen). Wesentliche Aspekte zu Risiken sind in der Gefahrstoff-Verordnung zusammengestellt.

Diese umfassenden Kataloge werden bereits hier angesprochen, obwohl nicht alle dieser inzwischen erforschten Problempunkte über die Außenluft und daher meteorologisch einwirken. Die wesentlichen gesetzlichen Vorschriften sind in der TA Luft zusammengefasst ⁷⁾.

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1.1.1-2.2 Staub ⁸⁾

Definition

Unter Staub versteht man in der Luft verteilte, disperse Feststoffe beliebiger Form, Struktur und Dichte, die nach Feinheit unterteilt werden können (Grobstaub > 10 µm, Feinstaub 1 bis 10 µm, Feinststaub < 1 µm). Teilchengrößen messbar etwa zwischen 0,02 und 1.000 µm. Feinstaub folgt bei der Bewegung in ruhender Luft nicht den Fallgesetzen (Schwebstoff), sondern setzt sich mehr oder weniger langsam ab. Seine Fallgeschwindigkeit (v) in ruhender Luft von 20°C wird nach dem Gesetz von Stokes ermittelt (Tafel 1.1.1-3):

wobei:

• v = Fallgeschwindigkeit in m/s
• ρ = Dichte in kg/m³
• d = äquivalenter Durchmesser in m

Teilchen unter 0,1 µm werden als Kolloidstaub bezeichnet, ihre Bewegung ist ähnlich derjenigen von Molekülen (Brown'sche Bewegung), sie gehorcht nicht dem Gesetz von Stokes. Sichtbar sind nur Teilchen > 20...30 µm.

Weitere Definitionen

• Ruß: Fein verteilter, meist geflockter fast reiner Kohlenstoff, der bei unvollkommener Verbrennung entsteht; lästig durch Schmutzbildung. Korrosiv, Größe etwa 1 µm und mehr.
• Rauch: Aus Verbrennungen herrührende luftfremde Stoffe, enthaltend Asche, Ruß, teerige und flüssige Bestandteile, Metallverbindungen, Wasser, Gase und Dämpfe. Durchmesser der Teilchen 0,01 bis 1,0 µm (Charakteristikum: Rückkondensation aus der Gasphase und nachträgliche Agglomeration).
• Aerosole: Feste oder flüssige Stoffe in feinster Verteilung (dispers) in einem Gas, Größe 10⁻⁴ bis 10² µm ⁹⁾ (Von Kleinionen bis Pflanzenpollen).
• Dunst: Sichtvermindernde Anhäufung feinster Teilchen in der Luft. Sichtweite < 1 km. Korngröße meist < 1 µm.
• Flugstaub: Feste Bestandteile des Auswurfs aus Schornsteinen (sollten heute praktisch nur noch bei Einzelfeuerstellen mit festen Brennstoffen zeitweise auftreten).
• Nebel: Fein verteilte Wassertröpfchen in der Luft, Größe ca. 1 bis 50 µm. Sichtweite < 1 km.
• Emission: Austritt von Verunreinigungen in die Luft; fest, flüssig oder gasförmig. Angegeben in g/m³ oder g/Nm³ (z. B. bei einem Schornstein).
• Auswurf: Emission bei Schornsteinen, Fortluftkanälen usw.. Angegeben in g/m³ oder g/m²h u. a..
• Immission: Einfallen von Luftverunreinigungen in Bodennähe.
• MIK-Wert: Maximal zulässige Immissions-Konzentration luftfremder Stoffe in Bodennähe bei Staub-Niederschlag. Als Grenzwert bei Kurzeinwirkung gilt die höchstzulässige Durchschnittskonzentration innerhalb einer Halbstunde.
  • Zulässige Kurzzeitkonzentration z. B. bei SO₂: 0,40 mg/m³ (Langzeitkonzentration 0,14 mg/m³) (Immissionsschutzgesetz)
  • NO₂: 0,30 mg/m³ (Langzeitkonzentration 0,10 mg/m³)
  • Formaldehyd: 0,07 mg/m³ (Langzeitkonzentration 0,03 mg/m³)

Zusammensetzung des Staubes

• Anorganische Bestandteile wie Sand, Ruß, Kohle, Asche, Kalk, Metalle, Steinstäube, Zement u. a..
• Organische Bestandteile wie Pflanzenteilchen, Samen, Pollen, Sporen, Härchen, Textilfasern, Mehl u. a..

Entstehung

• Auf natürliche Weise durch Verwitterung und Zerfall, Meteore, Winde und Stürme, Brände, Vulkanausbrüche, Fäulnis usw..
• Durch menschliche Tätigkeit wie Heizungen, Verbrennungen, mechanische und chemische Arbeitsvorgänge, Straßen- und Eisenbahnverkehr, Verschleiß von Kleidung und Geräten usw..
• Große Staubmengen insbesondere bei bestimmten Arbeitsprozessen in der Industrie wie Zement- und Textilfabriken, Gießereien, Putzereien, Sandstrahlbläsereien u. a. (gewerblicher Staub).

Konzentration

Der Gehalt der freien atmosphärischen Luft an Staubteilchen ist außerordentlich veränderlich und stark abhängig vom Wetter, namentlich Wind und Regen, sowie der Tages- und Jahreszeit, im Jahresmittel 0 bis 0,2 mg/m³. In Städten höher als auf dem Lande. Es gibt zahlreiche verschiedene Methoden zur Messung der Staubmengen. Messungen untereinander sind jedoch nicht vergleichbar.

• Zahl der Staubteilchen < 1 µm größenordnungsmäßig auf dem Lande etwa 10 Mio. je m³ (10⁷/m³), in Städten etwa das 10-Fache.
• In Raucherräumen hat man Staubteilchen von etwa 1.000 Mio. je m³ (10⁹/m³) ermittelt.

Staubgehalt der Luft ist im Winter im Allgemeinen höher als im Sommer (Einfluss der Heizungen), im Sommer ist Verkehrsstaub vorherrschend (Straßendeckenverschleiß). Durch Regen wird die Luft gereinigt, daher ist die Luft nach Regenfällen am reinsten. In Städten hat man bei Prüfung der Staubverteilung in senkrechter Richtung gefunden, dass eine Staubschicht sich etwa bis 3 m oder 4 m über der Erdoberfläche erstreckt (Verkehrsstaub), eine zweite Schicht über den Dächern (Heizungsstaub). Staubgehalt ist in etwa proportional der Zahl der Stadtbewohner.

Obere zumutbare Grenzwerte für Staubniederschlag, insbesondere Ruß ¹⁰⁾:

• im Allgemeinen: 10 bis 15 g/m² und Monat
• in Industriegegenden: 20 bis 30 g/m² und Monat
• in Kurgebieten: 2 bis 10 g/m² und Monat

Größe und Zahl der Staubteilchen
Partikel unter 1 µm umfassen etwa:

• 30% des Gewichtes aller Partikel,
• 70% der Oberfläche aller Partikel,
• 99,9% der Zahl aller Partikel.

Bedeutung

Der normal in der Luft enthaltene Staub bedeutet außer einer gewissen Beeinträchtigung der Atmung keine gesundheitliche Schädigung, da sich der Körper in den Atmungswegen Schutzmittel geschaffen hat (Schleimhäute). Gewerblicher Staub dagegen ist unter Umständen sehr nachteilig oder gefährlich (Staublunge), z. B. Silikose im Bergbau, Byssinose bei Baumwoll-Verarbeitung in Textilindustrie, Asbestose bei Asbestverarbeitung. Daher ist eine gewerbepolizeiliche Überwachung notwendig. Staubbekämpfung ist erforderlich, da durch Staub:

1. Beeinträchtigung der Atmung;
2. Beeinträchtigung der Sauberkeit und (beim Gewerbestaub) der Gesundheit;
3. Begünstigung der Nebelbildung durch Kondensationskerne (Dunstschleier über Städten) und dadurch Verringerung der Sonnenstrahlung, namentlich im Winter;
4. Schädigung von Bauwerken und Maschinen;
5. bei manchen Personen allergische Reaktionen (Heuschnupfen, der durch Pollen verursacht wird).

Feinstaub, der bis in die menschliche Lunge eindringt und dort abgelagert wird, ist gesundheitsschädlich. Das Ablagerungsverhalten in den Lungenbläschen (Alveolen) zeigt Bild 1.1.1-3. Feinstaubmessgeräte sollten eine Abscheidecharakteristik entsprechend der Alveolar-Depositionskurve haben. 1959 wurde mit der Johannesburger Konvention international eine Trennfunktion für Staubmessgeräte festgelegt, die der Lungenfunktion nahekommt: kleinste Teilchen sollen zu 100%, Teilchen mit 5 µm zu 50%, Staub über 7 µm nicht mehr erfasst werden. In der Textilindustrie USA wurde für Baumwollstaub durch die Gesundheitsbehörde (OSHA) eine scharfe Begrenzung auf lungengängigen Staubgehalt am Arbeitsplatz festgelegt: 0,2 mg/m³ Luft für Feinstaub unter 15 µm. Starke Auswirkung auf lufttechnische Anlagen. In Deutschland beträgt der Grenzwert in Textilbetrieben 1,5 mg/m³ Gesamtstaubgehalt als MAK-Wert. Gesundheit wird aber nur durch Feinstaub beeinträchtigt (Bild 1.1.1-3). Neuerdings Richtwertkonzentration ¹¹⁾ 0,05 mg/m³.

Seit kurzem ist die Bedeutung des Feinstaubs durch Erscheinen einer EU-Richtlinie ¹²⁾ allgemein ins Bewusstsein gerückt, wobei die Grenzwerte derzeit generell nicht einhaltbar sind, doch als Warnsignal ins Bewusstsein gelangen. Neben dem durch die EU-Richtlinie behandelten Feinstaub der Außenluft gilt die Aufmerksamkeit vermehrt auch den Feinstaubbelastungen der Innenraumluft, u. a. den Auswirkungen unterschiedlicher Bodenbeläge, wobei sich zeigt, dass Teppichböden eine merkliche Pufferwirkung entfalten ¹³⁾.

Das Institut für Arbeitsschutz (IFA) bearbeitet die generellen Gefährdungen in Innenräumen ¹⁴⁾ und hat 2012 eine aktuelle Gefahrstoffliste veröffentlicht mit Anpassung der Grenzwerte entsprechend dem Risikokonzept der Bekanntmachung 910 ¹⁵⁾. Hier werden Informationen zu Risiken bei Tätigkeiten mit krebserzeugenden Gefahrstoffen definiert. Generell gelten Technische Regeln für Gefahrstoffe (TRGS), insbesondere TRGS 200, 201, 400, die vom Ausschuss für Gefahrstoffe (AGS) bei der Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (BA u. A) ständig aktualisiert werden.

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1.1.1-2.3 Keime ¹⁶⁾

Keime sind Kleinlebewesen (Mikroorganismen, Mikroben, Bakterien, Pilze) pflanzlicher oder tierischer Herkunft. Sie haben kugelige, zylindrische, spiralige, fadenförmige oder andere Formen und vermehren sich durch Teilung außerordentlich schnell (Spaltpilze). Dicke ≈ 0,5...1,0 µm, Länge ≈ 1...5 µm.

Die Menge der in der Luft enthaltenen Keime ist außerordentlich schwankend. In der Mehrzahl haften sie an Staubteilchen > 2 µm, so dass im Allgemeinen mit der Zunahme des Staubgehaltes der Luft auch eine Zunahme des Keimgehaltes festgestellt wird. Als Richtwert für das Verhältnis Keimzahl/Partikelzahl kann der Wert 1:100 gelten. Im Mittel hat man in der Außenluft auf dem Lande 100 bis 300, in Straßen 1.000 bis 5.000 Keime je m³ gefunden. In geschlossenen Räumen ist der Keimgehalt häufig noch größer, namentlich bei großer Wohndichte.

Krankheitserregend ist nur ein sehr geringer Teil der Keime, die meisten gehen beim Eintrocknen schnell zugrunde. Krankheitsübertragung durch die Luft daher verhältnismäßig selten, insbesondere aber Gefahr durch Tröpfchen, die beim Husten und Niesen erzeugt werden. Die pathogenen (krankheitsübertragenden) Bakterien sind die Ursachen vieler Infektionskrankheiten wie Pest, Cholera, Diphtheritis, Tuberkulose u. a. Viren sind krankheitserregende Keime von sehr geringer Größe, etwa 0,01 bis 0,1 µm. Sie erzeugen im menschlichen Körper Krankheiten wie Grippe, Masern u. a.

Blütenstaub (Pollen) führt bei manchen Menschen zu Allergien. Solche Menschen werden in klimatisierten Räumen durch Filtern der Außenluft geschützt und fühlen sich dann wohler. Andererseits wird vermutet, dass in Filtern in Verbindung mit erhöhter Luftfeuchte und auch aus der Erde von Grünpflanzen Schimmelpilze austreten, die Allergien hervorrufen können ¹⁷⁾. Filterstandzeiten sind daher nicht nur nach der Staubbelastung zu bemessen, sondern die Filter sollten grundsätzlich nach maximal 1 bis 2 Jahren getauscht werden. Auch in den Räumen selbst können Schimmelpilze und Hausstaubmilben entstehen, wobei Feuchtigkeit das Wachstum hemmt oder fördert ¹⁸⁾.

Durch Klimaanlagen wurden bakterielle Erreger der Legionärskrankheit aerogen übertragen ¹⁹⁾. Die Krankheit kann tödlich verlaufen. Die Erreger (Legionellen) haben ihr Wachstumsoptimum zwischen 32 und 42°C. Bei 65°C werden sie inaktiviert. Sie werden mit Aerosolen von Kühltürmen, Luftwaschern weitertransportiert und können so bei fehlender Kontrolle und mangelhafter Hygiene mit der Anlagenzuluft in Nutzräume gelangen. Da es immer wieder tödliche Unfälle gab, wurden regelmäßige Kontrollen zwingend. VDI 2047 zeigt Wege zu einwandfreiem Betrieb ²⁰⁾. Sie vermehren sich auch in Brauchwasseranlagen bei niedrigen Temperaturen. Abhilfe: Sorgfältige Auswahl des Ortes der Außenluftansaugung, Reinigung und Desinfektion des Luftwaschers bzw. Kühlturms (UV-Desinfektion), Vermeiden von Wasserlachen im Kanalsystem. Filterung der Luft ist nur mit Schwebstofffiltern wirksam. Regelmäßige Reinigung von Luftwäschern, Kanalstrecken hinter Dampfbefeuchtern, Kühler und Kühltürmen mit Dampf oder Desinfektionsmitteln. Diese können als mikro-biocider Wirkstoff bei Wäschern und Kühltürmen auch ständig beidosiert werden. Bei Wäschern muss dann allerdings die Abschlämmrate begrenzt werden, damit sich eine ausreichende Wirkstoff-Konzentration einstellen kann. UV-C-Strahler (Wellenlänge 253,7 nm) töten die Keime wirksam ab, wenn die Trübung des Wassers begrenzt bleibt (ausreichende Eindringtiefe für die Strahlung). Auch bei hoher Ausgangskeimzahl (10⁴ bis 5 ⋅ 10⁴ Keime je ml) werden sowohl bei warmem (34 bis 47°C) wie bei kaltem Wasser Reduktionsfaktoren > 6 Zehnerpotenzen mit UV-Dosen von 13 bis 16 mJ/m² erreicht ²¹⁾.

Bekämpfung der Staubkeime durch:

1. UV-Strahler, z. B. Lüftungsgeräte mit eingebauten Strahlern, oder direkte Anordnung der Strahler im Raum; Strahlenschäden sind möglich, daher letzte Lösung vermeiden.
2. Vernebelung oder Verdampfung von Chemikalien wie Triaethylenglykol (TAG).
3. Hochwirksame Schwebstoffilter bei der Luftzuführung, evtl. in Verbindung mit Elektrofiltern. Verwendung jedoch nur in Sonderfällen wie Operationssälen, sterilen Laboratorien u. a.

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1.1.1-2.4 Kondensationskerne

Unter Kondensationskernen versteht man kleine in der Luft enthaltene Teilchen mit einem Durchmesser von etwa 0,01 bis 0,1 µm, an denen sich der Wasserdampf bei Übersättigung der Luft niederschlägt. Diese Kerne gehorchen infolge ihrer Kleinheit nicht mehr dem Stokes’schen Fallgesetz. Man fasst sie als in der Luft gelöste oder suspendierte Körper auf und bezeichnet das Ganze als ein kolloidales System. Entstehung der Kondensationskerne nicht mehr durch mechanische Zerkleinerung, sondern durch chemische oder physikalische Vorgänge: Kondensation und Sublimation. Rauch und Nebel sind solche kolloidale Systeme. Man erklärt den Rauch als eine kolloidartige Verteilung von festen Körpern und den Nebel als eine ebensolche Verteilung von flüssigen Körpern in der Luft. Manchmal sind auch in der Luft Salzkerne aus dem Salz des Meerwassers enthalten, namentlich Kochsalz.

Die Zahl der Kerne ist außerordentlich groß und veränderlich, größenordnungsmäßig etwa bei reiner Luft 100 Mio. je m³ (10⁸/m³), bei Stadtluft das Mehrfache. Häufig sind die Kondensationskerne elektrisch positiv oder negativ geladen. Man spricht dann von Ionen und unterscheidet der Größe nach Klein-, Mittel- und Großionen. Kleinionen entsprechen in ihrer Größe den Molekülen (etwa 0,1 nm = 10⁻⁸ cm), während die Großionen bereits unter den Begriff des Staubes (etwa 1 µm = 10⁻⁴ cm) fallen, von dem sie sich jedoch durch ihre elektrische Ladung unterscheiden.

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1.1.1-3 Vermeidung von Verunreinigungen

Die Luftqualität wird – wie bei der Erläuterung der Verunreinigungen (siehe Abschnitt 1.1.1-2) gezeigt – durch eine Vielzahl von Vorgängen bestimmt (Verbrennungsvorgänge in Gebäuden, im Verkehr, zur Stromerzeugung und sonstige vielfältige Emissionen). Da sich als eine wichtige Ursache des derzeit zu beobachtenden Klimawandels das Kohlendioxid herausgestellt hat, wird nun weltweit versucht, die Emissionen dadurch zu reduzieren, dass man immer größere Anteile des Energieverbrauchs aus regenerativen Quellen speist (Wind, Wasser, Biomasse, Erdenergie, Solarenergie). Die Bilanzen für Deutschland sind durchaus ermutigend. Aus einer Studie des Umweltbundesamtes ²²⁾ geht hervor, dass im Jahre 2007 bereits 7 bis 10% der Gesamtenergie emissionsfrei erzeugt werden konnte. Die diesbezüglichen Maßnahmen werden vom Gesetzgeber immer weiter verschärft, und auch wenn 2009 noch kein internationaler Durchbruch auf der Klimakonferenz Kopenhagen erreicht wurde, ist die Richtung zu mehr regenerativen Energiekomponenten vorgegeben. Hier soll dieser aktuelle Hinweis genügen (siehe auch Abschnitt 1.10).

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Fußnoten

1. VDI-Handbuch Reinhaltung der Luft Band 1: Umweltmeteorologie. Düsseldorf, VDI-Verlag, 2013, 6 Bände (494 Richtlinien, 164 DIN-Normen, inkl. DIN SPEC, DIN CEN/TR, DIN CEN/TS, DIN ISO, DIN EN ISO), Abschnitt Meteorologische Grundlagen. Lahmann, E.: Ges.-Ing. (1975), Nr. 5, S. 121-126; (1979), Nr. 1/2, S. 17-22. Fanger, P. O.: Ki (1982), Nr. 2, S. 437-438. Baumüller, J.; Reuter, U.: Wärmetechn. (1982), Nr. 5, S. 185-188; KKT (1982), Nr. 11, S. 486. Kremer, H.: VDI-Berichte 486, 1983, S. 25-29.
2. Umweltbundesamt Dessau: Atmosphärische Treibhausgaskonzentration an den Messstationen in Deutschland. Internetinformation. 2013. Siehe auch: Goede, P. M. (Hrsg.): Themenlexikon Wetter und Klima. BI & F.A. Brockhaus AG, 2008.
3. VDI 2310 Blatt 1 „Maximale Immissionswerte - Zielsetzung und Bedeutung", 12-2010. VDI 2310 Blatt 6 „Maximale Immissions-Werte zum Schutz der Vegetation - Maximale Immissions-Konzentrationen für Ozon", 06-2002. VDI 2310 Blatt 12 „Maximale Immissions-Werte zum Schutz des Menschen Maximale Immissions-Konzentrationen für Stickstoffdioxid", 12-2004. VDI 2310 Blatt 15 „Maximale Immissions-Werte zum Schutz des Menschen Maximale Immissions-Konzentrationen für Ozon", 12-2001. VDI 2310 Blatt 26 (Fluoride), 11-2001; Blatt 27 (Blei), 09-1998; Blatt 28 (Cd), 10-2008; Blatt 29 (Thallium), 11-2000; Blatt 30 (Ni) 01-2005; Blatt 31 (Zn), 01-2005; Blatt 37 (Mo), 11-2005; Blatt 46 (Dioxin), 10-2005; diese Blätter vor allem zum Schutz landwirtschaftlicher Nutztiere.
4. Wanner, H. U.: TAB (1983), Nr. 8, S. 645-648.
5. Urban, M.: Ki (1984), Nr. 12, S. 507-512. Empfehlung der Strahlenschutzkommission, Bundesanzeiger vom 8.1.86 und CCI 2/86. Indoor Air. An Integrated Approach. Elsevier London (1995), dort u. a.: S. 123: Atzmüller, Steinhäusler: Radon... in Indoor Environments. S. 178: Steinhäusler: Radon.
6. IFA Report 3/2017 Grenzwertliste 2017. IFA = Institut für Arbeitsschutz der Deutschen gesetzlichen Unfallversicherung.
7. Erste Allgemeine Verwaltungsvorschrift zum Bundes-Immissionsschutzgesetz (Technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft - TA Luft) Kabinettsbeschluss 12.12.2001.
8. Erste Allgemeine Verwaltungsvorschrift zum Bundes-Immissionsschutzgesetz (Technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft - TA Luft) Kabinettsbeschluss 12.12.2001.
9. Esdorn, H. (Hrsg.); Rietschel: Raumklimatechnik. Band 1, 16. Auflage, Springer-Verlag, Berlin 1995, Abschnitt N, S. 690.
10. Lahmann, E.; Fett, W.: Ges.-Ing. (1980), Nr. 5, S. 149-155, MAK-Werte.
11. IFA Report 3/2017, Grenzwertliste 2017.
12. EU-Richtlinie „Feinstaub", gültig ab 1.1.2005.
13. Winkens, A.; Praetorius, F.: Feinstaubbelastungen in der Innenraumluft. VDI-Berichte 1921, 2006, S. 111-119.
14. Deutsche gesetzliche Unfallversicherung (DGUV) (Hrsg.): Gefahrstoffliste 2016 (Gefahrstoffe am Arbeitsplatz). IFA Report 1/2016, Berlin weitere Informationen: www.DGUV.de/IFA.
15. TRGS 910 „Risikobezogenes Maßnahmenkonzept für Tätigkeiten mit krebserzeugenden Gefahrstoffen". Ausschuss für Gefahrstoffe (AGS). Grundbekanntmachung GMBI, Feb. 2014, Nr. 12, S. 258-270. Letzte Änderung: GMBI, 2014, Nr. 64, S. 1313. (GMBI = Gemeinsames Ministerialblatt des Bundesministeriums für Arbeit und Soziales (BMAS).
16. Schütz, H.: Klimatechn. (1970), Nr. 4. S. 12-29. Wanner, H. U.: CCI (1971), Nr. 9. Indoor Air. An Integrated Approach. Elsevier, London 1995.
17. GB-Report (1987), Nr. 11, S. 7-8. Elixmann, J. H.: CCI (1989), Nr. 4, S. 18-25.
18. N.N.: HLH (1988), Nr. 11, S. 525-526.
19. Schulze-Röbbecke et al.: CCI (1986), Nr. 12, S. 4-5. N.N.: CCI (1985), Nr. 10, S. 17-18; CCI (1988), Nr. 3, S. 31. Scharmann, R.: Rationelle Energieverwendung (1987), Nr. 4. S. 14-15. Bahmann: GB-Report 3/1988, S. 14. Seidel, K. et al.: Legionellen. Schriftreihe des Vereins für Wasser-Boden-Lufthygiene, Verlag Gustav Fischer, Stuttgart 1987. FLT-Stellungnahme 1989 (FLT, Ffm.).
20. Kryschi, R.: Hygienisch einwandfreier Betrieb von Verdunstungskühlern – die neue VDI 2047. Vortrag auf Tagung VDI-GBG 2015, Trier.
21. Martiny, H. et al.: Zentralblatt für Hygiene 188 (1989), S. 35-46 (Verlag Gustav Fischer, Stuttgart). Kryschi, R.: Ges.-Ing. (1988), Nr. 4, S. 190-195.
22. Memmler, M.; Mohrbach, E.; Schneider, S.; Dreher, M.; Herbener, R.: Emissionsbilanz erneuerbarer Energieträger – Durch Einsatz erneuerbarer Energien vermiedene Emissionen im Jahr 2007. Umweltbundesamt Dessau, 2009.