Mechanismen der Ausbreitung von Aerosolen in Innenräumen unter Berücksichtigung von Partikelwechselwirkungen und Trocknungskinetik
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ziel des Forschungsvorhabens war die experimentelle Beschreibung der Ausbreitungsmechanismen der potenziell virushaltigen Aerosole in der Luftumgebung unter Berücksichtigung der Trocknungskinetik und dynamischer Wechselwirkungen der Partikel bei unterschiedlichen Staubkonzentrationen. Durch Wechselwirkungen können Aggregate gebildet werden, die bei weiteren Zusammenstößen zerfallen oder durch unterschiedliche Kräfte (kapillare, elektrostatische oder Van-der-Waals-Kräfte) weiteraggregieren und anwachsen. Die beschriebenen Änderungen in Partikelgröße- bzw. Konzentration beeinflussen das strömungsmechanische Verhalten des Aerosols und wirken sich somit maßgeblich auf dessen Ausbreitung aus. Als erster Schritt wurde ein Versuchsstand aufgebaut, in dem die Staubkonzentration in einem Raum (Aerosolbox) gezielt variiert werden kann. Hierbei wurden verschiedene Staubkonzentrationen mittels des Prüfstaubs und Bürstendosierers im Größenbereich von 0.01 bis 1600 mg/m³ eingestellt. Anschließend wurde das eigentliche Testaerosol NaCl generiert, konditioniert und ebenfalls in die Aerosolbox geführt, um die sich einstellende Konzentration bzw. Zeit von drei unterschiedlichen Größenklassen (40, 100 und 300 nm) zu ermitteln. Die Ergebnisse zeigten erst für hohe Staubkonzentrationen eine Korrelation zwischen der sich einstellenden maximalen Anzahl an NaCl-Partikeln und der Staubbeladung. Bei Staubbeladungen ab ca. 1000 mg/m³ wurde festgestellt, dass die Maximalanzahl an NaCl-Partikeln im Raum im Vergleich zu Messungen bei niedrigen Staubkonzentrationen (< 10 mg/m³) geringer wird. Die Bestimmung der Trocknungskinetik von staubbeladenen Tropfen hat ergeben, dass die Verdunstung durch den Einfluss des Staubes schneller abläuft. Der mittlere Verdunstungskoeffizient erhöhte sich um ca. 45 % von 802.11 µm²/s auf 1162.45 µm²/s. Die Ergebnisse belegen, dass VE-Wasser und NaCl-Lösungen keine geeigneten Ersatzmedien für Speichel darstellen, da die beobachtete Trocknungskinetik signifikant von derjenigen der Speicheltropfen abweicht. Die Untersuchung der Morphologie der entstandenen Nuklei zeigte, dass die Staubpartikel im Tropfen sedimentieren und dabei eine schalenartige Struktur ausbilden. Zudem war die Oberfläche der Speichelproben im Vergleich zu den VE-Wasser-Proben glatter und zugleich rissiger, was auf die im Speichel enthaltenen Proteine und Salze zurückzuführen ist.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Einfluss der mechanischen Deformation beim Tragen unterschiedlicher FFP2-Masken, Jahrestreffen der DECHEMA/VDI Fachgruppe Aerosoltechnik 2025 in Clausthal
Stoll, D. & Antonyuk, S.
