Durch einen Technologietransfer aus der Raumfahrt soll das Konzept "Next-Generation Classroom" die Virenlast in geschlossenen Räumen verringern. © HT Group

Mit Raumfahrttechnik gegen Corona

Technologietransfer soll helfen, Virenlast in geschlossenen Räumen zu verringern

Mit einem Spin-Off aus der Raumfahrt und Medizintechnik, genauer gesagt einem Konzept für ein wirksames Filtersystem für Räume, will OHB gemeinsam mit der auf den Ausbau von Operationsräumen, Laboren und Patientenzimmern spezialisierten HT Group einen Beitrag zur Eindämmung des Coronavirus leisten.

Das Konzept „Next Generation Classroom“ zeigt, welchen Alltagsnutzen Raumfahrttechnologie und Medizintechnik schaffen können: Der Nachrüstsatz für Räume soll die Belastung der Raumluft durch Corona- und Grippeviren reduzieren und damit das Übertragungsrisiko minimieren. Erreicht wird dies durch ein vertikales Lüftungskonzept mit einer Niedrigimpuls-Absaugung an der Decke.  

Corona macht keine Winterpause

Das Risiko, sich mit Krankheitserregern, die primär über die Atemwege übertragen werden, anzustecken, steigt in geschlossenen Räumen mit der Menge an kontaminierten Aerosolen  und der Aufenthaltszeit an. Übersteigen diese einen kritischen Wert, erhöht sich das Ansteckungsrisiko. Um dem entgegen zu wirken, muss die Anzahl der Viren örtlich und zeitlich reduziert werden. Dies kann durch Verdünnung mit Frischluft (Lüften) oder mit gefilterter Luft (Raumluftfilter) erfolgen. Das gemeinsame Konzept von OHB und der HT Group setzt auf Verdrängung und schnellstmögliche, effiziente Filtrierung der potentiell belasteten Raumluft.

In vielen Bereichen des öffentlichen Lebens halten sich mehrere Personen über einen längeren Zeitraum im gleichen Raum auf. Die jetzt einsetzende kalte Jahreszeit bringt nicht nur ein erhöhtes Gripperisiko mit sich, sie macht aufgrund der Außentemperaturen auch eine ständige und effektive Durchlüftung schwierig. Bisherige Konzepte wie etwa Stoßlüften oder Lüfter mit ungerichteter Luftführung bergen die Gefahr einer unkontrollierten Durchmischung der Luft. Dies kann dazu führen, dass das Ansteckungsrisiko in Abhängigkeit der Virenabgabe der Quelle und dem Aufenthaltszeitraum der Personen entsprechend hoch bleibt.

Das OHB-HT-Konzept baut auf Raumfahrt-Expertise und bewährte Praktiken aus der Medizintechnik

Dr. Axel Müller arbeitet bei der OHB System AG im Bereich Cleanliness. Vereinfacht gesagt sorgt er dafür, dass Satellitenbauteile keine Verunreinigung durch Partikel, chemische Stoffe oder Mikroorganismen aufsammeln und dass Wärmeeinflüsse bei hochpräzisen Messungen nicht stören. Mittel der Wahl ist dabei eine optimierte Luftführung, die den störenden Einfluss von Wärme und Kontaminationsquellen auf das zu schützende Bauteil ausschließt.

Genau das war für Dr. Müller die zündende Idee, für Klassenzimmer, Arztpraxen und sonstige Räume eine Ausrüstung zu konzipieren, die die Sicherheit der sich dort aufhaltenden Personen erhöht: „Zielsetzung ist, potentiell virenbelastete Luft gezielt schnell zu filtrieren und eine unkontrollierte Durchmischung im Raum zu vermeiden.“

Aufwind: Der aufsteigende Luftstrom schützt die Menschen in der Nähe

Um dies zu erreichen, sind drei Faktoren ausschlaggebend: Der sanfte, mit geringer Geschwindigkeit bewegte und gefilterte Luftstrom (ein sogenannter Niedrigimpuls-Luftstrom) wird unten in den Raum eingebracht und strömt aufgrund der durch den Menschen induzierten Auftriebsströmung an den Personen entlang nach oben Richtung Zimmerdecke. Zwischen dem Kopf als Aerosolquelle und der Absaugeinrichtung an der Decke erfolgt eine gerichtete ungestörte (d.h. turbulenzarme) Luftströmung. Dieser Effekt wird unterstützt, da die ausgeatmete Luft wärmer ist, als die Umgebungsluft. Zusätzlich erfolgt ein starker Auftrieb durch die vom Körper erwärmten Luftschichten (Konvektion). „Beim OHB-HT-Konzept strömen die erwärmte, aufsteigende Luft und die eingebrachte, gefilterte Luft parallel nach oben. Eine horizontale Verteilung der Luft zur benachbarten Person ist deutlich reduziert. Es entsteht quasi eine Trennwand aus Reinstluft“, fasst Dr. Müller zusammen.

Thomas Fritsch ist seit mehr als 25 Jahren bei der HT Group für den Bau von Operationsräumen und Hochsicherheitslaboren zuständig: „Die von uns gewählte Umsetzung resultiert aus der jahrzehntelangen Erfahrung der HT Group mit Filter- und Lüftungssystemen wie sie in Hygienebereichen zur Erzeugung von keimarmer Luft eingesetzt werden.“

Die kosteneffiziente und effektive Lösung, die im Team erdacht und in Kooperation der OHB System AG mit der HT Group und DASTEX realisiert wurde, könnte als Nachrüstsatz geschlossene Räume gerade im Herbst und Winter weiter nutzbar machen. Große bauliche Umbaumaßnamen sind für die Installation nicht notwendig. „Next Generation Classroom“ wird derzeit am DLR-Institut für Aerodynamik und Strömungsmechanik in Göttingen getestet, dem eine Vielzahl von experimentellen und numerischen Verfahren zur Verfügung stehen, mit denen die Partikel- und Aerosolausbreitungen vermessen und simuliert werden können.

Messungen am DLR-Institut bestätigen das OHB-HT-Konzept

Das Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Göttingen kann auf eine mehr als zehnjährige Expertise für Lüftungssysteme insbesondere in Fahrzeugen zurückgreifen. Dr. Andreas Westhoff hat die erste, mehrtägige Phase der Messkampagne betreut: „Die Untersuchung des OHB-HT-Raumlüftungskonzepts hat gezeigt, dass mit Hilfe des getesteten Prototypen eine stabile Strömung vom Menschen direkt zur Absaugung realisiert werden kann. Die vom Menschen erzeugte Auftriebsströmung unterstützt diesen Effekt. Eine unkontrollierte Ausbreitung von viren- und bakterienbelasteten Aerosolen aus der Atemluft wird reduziert. Außerdem wird die virenbelastete Luft effektiv der Filteranlage zugeführt.“

Versuchsaufbau am DLR-Institut in Göttingen. © DLR

„Die Messungen wurden mit beheizten, atmenden Modellen durchgeführt, die auch Aerosole abgeben können, die bei den Messungen durch CO2 als Tracer-Gas simuliert wurden. Simuliert wurden ein Klassenzimmer, ein Wartezimmer, ein Gastro-Bereich sowie Kinobestuhlung. Der Frischluftanteil im Gesichtsbereich und der Abtransport verbrauchter Luft wurden bei den verschiedenen Set-ups bestimmt und zeigen, dass die Gefährdung der in unmittelbarer Nähe befindlichen Menschen stark reduziert wurde“, berichtet Axel Müller.

Mit dem Demonstrator des „Next Generation Classroom" erfolgen in den nächsten Wochen in Göttingen weitere Tests. Parallel plant das Konsortium den Praxistest in einer Schule, einem Seminarraum oder einem Restaurant.

Die beheizten, atmenden Versuchsmodelle wurden der Körperform echter Menschen nachempfunden und können auch Aerosole in die Umgebungsluft abgeben. © DLR

Als Vorstand der OHB SE ist Klaus Hofmann auch für das OHB-Raumfahrtzentrum „Optik & Wissenschaft“ in Oberpfaffenhofen bei München zuständig. Er betreut und verfolgt die Projekte, bei denen OHB gezielt Prozesse und Verfahren aus der Raumfahrtindustrie in der Pandemie einsetzen will: „Dass Raumfahrt nützlich ist und den Alltag der Bürgerinnen und Bürger vereinfacht, ist allgemein bekannt. Wenn wir unser Raumfahrt-Know-How im Kampf gegen das Coronavirus einbringen und damit seine Auswirkungen auf unseren Alltag mildern und dabei Infektionen vermeiden könnten, wäre das ein Paradebeispiel für gelungenen Technologietransfer – aus der Raumfahrt für einen direkten Nutzen für die Gesellschaft.“

So funktioniert das OHB-HT-Konzept

Eine Niedrigimpuls-Belüftung wird im Raum installiert, saugt die potentiell virenbelastete Atemluft ab, filtert sie und führt sie dem Raum wieder zu. Dazu benötigt man einen Lüfter, eine HEPA-Filtereinheit (Feinstpartikelfilter) und einen Luftschlauch aus in der Raumfahrtindustrie verwendetem Textil. Optional sind eine Temperaturstabilisierung für die Sommermonate durch Kälteregister sowie LED-Bänder am Textil zur flächendeckenden energiesparenden Ausleuchtung.

HEPA-Filter und Textilschläuche sind wiederverwertbar und können nach fest vorgegebenen Zyklen ausgetauscht und durch fachmännische Reinigung bzw. Desinfektion wieder aufbereitet werden.

Das OHB-HT-Konzept zielt nicht nur auf die aktellen Coronavirus-Pandemie ab, das System ist außerdem dafür ausgelegt, die Luftqualität hinsichtlich Pollen-, Bakterien-, Pilz- und Feinstaubbelastung zu optimieren.

Gemeinsam gegen Corona

Als Systemhaus in der Raumfahrt bildet die OHB System AG im Vorhaben „Next Generation Classroom“ das Rückgrat hinsichtlich Koordination der Umsetzung sowie der Simulation, Auslegung und experimentellen Verifikation. Über verschiedene OHB-Projekte sind die weiteren Partner vernetzt: Mit der Expertise in Design und Bau von Lüftungskonzepten in Laborräumen, Patientenzimmern und OP-Sälen gibt es bei der HT Group eine Vielzahl an Konzepten und Manpower für die Umsetzung des OHB-HT-Konzeptes vor Ort. Als Lieferant von Reinraumtextilien sowie der Expertise in Textildesign und der dazugehörigen Aufbereitungskette hat DASTEX bereits Reinraumeinhausungen, Luftverteilungssysteme und dergleichen mit und für OHB realisiert.

Nähere Informationen zu den Messungen am DLR-Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik bietet die Pressemeldung des DLR vom 03.11.2020

Ansprechpartnerin für Medien und Anfragen bei unserem Partner HT Group ist Frau Yvonne Brühmann.

Kontaktdaten:

Yvonne Brühmann
Telefon: +49 9177 98 116
Mail: yvonne.bruehmann@htgroup.de

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