Die Erfindung betrifft eine Messanlage zur Ermittlung des Infektionsrisikos durch virale Infektionen in Räumen und ein Verfahren dafür.

Saisonbedingte virale Erkrankungen tauchen regelmäßig jeweils im Frühjahr und Herbst im Wechsel der Jahreszeiten auf. Die evolutionäre Stabilität dieser meist grippeartigen Krankheiten erklärt sich zum einen aus einer speziellen Kombination von Infektiosität - messbar als minimale infektiöse Dosis (MID) - und Schwere des Krankheitsverlaufs.

Zum anderen ist sie der klare Hinweis auf eine wichtige Rolle der Klimafaktoren Temperatur und Luftfeuchtigkeit im Moment der Infektion. Empirische Werte für Temperatur- und Luftfeuchtigkeitsbereiche mit besonderer Infektionsgefahr sind bekannt. Hingegen ist über molekulare Mechanismen, welche die Virus-Infektiosität unter diesen Gesichtspunkten bestimmen, bisher kein schlüssiges Konzept bekanntgeworden. Der gegenständlichen Patentanmeldung liegt neben anderem die Hypothese zugrunde, dass die Infektiosität eines Virus primär durch die Raumstruktur seiner Außenhülle bestimmt wird. Diese Außenhülle ist aus Proteinen aufgebaut. Im Falle der Coronaviren ist die sehr komplexe Anordnung sogar namensgebend geworden. Es ist bekannt, dass die Anordnung von Proteinen im Raum (Quartärstruktur) durch mehr oder minder fest gebundene Wassermoleküle entscheidend mitgeprägt wird. Fehlen solche Wassermoleküle, dann verliert die Virushülle ihr geordnete Struktur und damit ihre Haftfähigkeit am Gewebe des Wirtes und ihre Infektiosität. Die Bedingung für die Aufrechterhaltung der infektiösen Struktur ist demgemäß eine zumindest monomolekulare Wasserschicht, welche am Virus anhaftet.

Die Größe eines einzelnen Viruspartikels liegt im Mikrometerbereich und entspricht der Partikelgröße von Ultrafeinstaub. Viren kommen in Aerosolen auch als Einzelpartikel vor. Die Wasserhülle eines derart kleinen Partikels trocknet bei höherer Temperatur und geringerer Luftfeuchtigkeit rasch ab, wodurch die Infektiosität verloren geht. Nicht zuletzt dadurch erklärt sich das weitgehende Verschwinden der saisonalen viralen Erkrankungen in der warmen Jahreszeit. Diese Hypothese wird unter anderem durch Immissionsmessungen über die Ausbreitung von Schweinegrippeviren bestätigt, welche aus infizierten Schweineställen emittiert wurden. Mittels PCR konnte hier das Vorhandensein von Virusgenom in einem Abstand von etwa 2 km gezeigt werden. Die Viruspartikel waren allerdings nicht mehr infektiös.

Die luftgetragene Ausbreitung von Aerosolen ist im Zuge der Umweltforschung gut untersucht und in einer Reihe von Gesetzen und Verordnungen festgelegt. Unter anderem ist auch die Qualität der Raumluft selbst samt der Staubbelastung für verschiedenste Arten von Räumlichkeiten festgelegt. Auch wenn es bisher keine analoge diesbezügliche Regelung für Viruspartikel gibt, ist eine systematische Erfassung der Virenbelastung der Luft mit infektiösen und/oder nicht infektiösen Viruspartikeln zu erwarten oder zumindest zu erwünschen. Allerdings sind die derzeitigen technischen Möglichkeiten bisher kaum zu einer laufenden routinemäßigen Überwachung der Raumluft geeignet.

Üblicherweise werden die Infektionswege grippaler Erkrankungen als Tröpfcheninfektion, Schmierinfektion und Infektion über den Luftweg (Aerosol) klassifiziert. Letztlich lassen sich alle diese Wege auf die Grundanforderung einer Wasserhülle um ein infektiöses Viruspartikel zurückführen. Im Tröpfchen finden sich viele Viren in einer wässrigen Umgebung, eine Schmierinfektion ist so lange möglich, als eine Restfeuchte vorliegt. In allen Fällen ist -je nach Immun- und Gesundheitsstatus des Betroffenen - eine bestimmte Zahl viraler Partikel (MID) erforderlich, um die natürliche Abwehr zu überwinden und die Infektion auszulösen. Die dominante Emissionsquelle viraler Partikel ist die ausgeamtete Atemluft einer infizierten Person, welche ständig einen Emissionsstrom viraler Partikel erzeugt, der entweder stoßweile als Husten oder Niesen oder regelmäßig durch den Atem an die Umwelt abgegeben wird. Dieser Strom erzeugt pro Person innerhalb von 2 Stunden etwa 1 Kubikmeter von mit Viruspartikeln belasteter Luft. Die Immission der Viruspartikel erfolgt - abgesehen von der mechanischen Einbringung von Viren durch Berührung - zunächst im Nasen- Rachenraum oder auch über die Augenschleimhaut. Letztlich entscheidend ist allerdings die Immission in der Lunge, bei der sehr kleine Viruspartikel in sehr kleinen Tröpfchen beim Atmen sogar tief in die Alveolen Vordringen können.

Unter den zur Beurteilung der Luftqualität herangezogenen Parametern findet sich nicht nur der Staubgehalt, sondern auch der C0 ₂ -Gehalt der Luft. Der Virenstrom der ausgeamteten Luft einer infizierten Person steht in direkter Korrelation mit der von ihr ausgeatmeten Luftmenge. Diese steht ihrerseits zugleich in direkter Korrelation mit der Menge des in ihr enthaltenen C0 , Der Wert liegt recht konstant bei 4 Prozent, also 40 Milliliter C0 ₂ pro Liter Luft. Daher kann sich die Bewertung des Risikos einer Virusinfektion über die Raumluft in erster Näherung unmittelbar an bekannten und teilweise festgelegten Werten zur Bestimmung des C0 ₂ -Gehaltes in der Raumluft orientieren.

Bei der Risikobewertung ist zu beachten, dass dabei grundsätzlich ein größeres Risiko für Menschen besteht, welche sich über lange Zeit in einem Raum aufhalten, wie etwa für Verkäufer in einem Geschäft, als für Menschen, welche sich nur für kurze Zeit in dem Raum aufhalten, wie etwa Geschäftskunden.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind eine Messanlage zur Feststellung des Infektionsrisikos durch virale Infektionen und ein Verfahren dafür. Als grundlegender Messparameter wird der C0 ₂ -Gehalt der Luft herangezogen.

In der einfachsten Ausführungsform umfasst die gegenständliche Erfindung C0 - Messgeräte, welche zugleich einen Hinweis auf ihre Anwendung zur Abschätzung des viralen Infektionsrisikos enthalten. Die Kriterien, nach welchen die Grenzwerte für unkritisch oder kritisch festgelegt sind, sollen vorgegeben sein. Dabei ergeben sich unterschiedliche Gefährdungslagen: a. Für Räumlichkeiten, in welchen sich stets weitgehend dieselben Personen befinden, wie Wohnungen, Schulklassen und Büros, können Grenzwerte mit einer Standardeinstellung eingegeben werden. Richtwerte für die Qualität der Raumluft sind bereits zum Teil in bestehenden Verordnungen erfasst. b. Für öffentlich zugängliche Räume, in welchen sich eine limitierte Zahl von wechselnden Personen befinden, wie z.B. Warteräume von Ordinationen oder Garderoben von Sportvereinen können Basiswerte festgelegt werden, welche je nach allgemeiner Gefährdungslage in Hinblick auf Infektionskrankheiten angepasst werden können. c. Für Räumlichkeiten, in welchen sich zu permanent Anwesenden eine konkrete Zahl von Personen hinzugesellt, welche sich in wechselnder Zusammensetzung über eine limitierte Zeit in einem Raum aufhalten, wie Flörsäle, Theater, Konzerträume, Kinos und andere Veranstaltungsräume ist zusätzlich der Schutz der permanent Anwesenden zu berücksichtigen. d. Differenziert zu betrachten ist die Situation in öffentlichen Räumen, wie Geschäftslokalen, Büros mit Parteienverkehr oder öffentlichen Verkehrsmitteln, in welchen sich zugleich Personen permanent aufhalten und eine größere Zahl von wechselnden Personen anwesend ist. In diesem Fall ist die Gefährdungslage besonders hoch, da die statistische Wahrscheinlichkeit der Anwesenheit einer infizierten Person im Raum mit der Gesamtzahl der Besucher des Raumes steigt. Zur Bewertung des Infektionsrisikos in diesen Räumlichkeiten kommen noch weitere Faktoren hinzu. Diese sind zum einen die Besuchsfrequenz pro Stunde mit durchschnittlicher Aufenthaltsdauer und zum anderen die Raumfläche, da in kleinen Räumen, in welchen die Einhaltung einer entsprechenden Distanz nicht möglich ist, die Infektionsgefahr durch Schmierinfektion oder Tröpfcheninfektion noch weiter erhöht ist. Geringe Überschreitung der festgelegten Grenzwerte könnte zur Empfehlung für das Tragen einer Gesichtsmaske, größere Überschreitungen zu Betretungsverboten herangezogen werden.

Der C0 ₂ -Gehalt der Umgebungsluft im Freien liegt bei 400 ppm. Üblicherweise wird als Richtwert für die Luftqualität in Innenräumen ein Wert von 1000 ppm CO2 (Pettenkofer- Zahl) als akzeptabel angenommen. Der erlaubte Wert variiert jedoch nach Art der Raumnutzung. Als weiterer Richtwert gilt zudem, dass pro Person ca. 25 bis 36 m ³ /h Frischluft benötigt werden. Messungen des C0 ₂ -Gehaltes der Raumluft werden derzeit vor allem in Hinblick auf erforderliche lüftungstechnische Maßnahmen durchgeführt. Diese bestehen in erster Linie in der Festlegung einer minimalen Luftwechselzahl. In Hinblick auf die gegenständliche Nutzung als Warngeräte vor viralen Infektionen kommen noch weitere verschärfende Kriterien zur Festlegung der erforderlichen Luftqualität hinzu.

Gemäß Erfindung werden relevante Parameter zur Festlegung der Grenzwerte in Hinblick auf ein virales Infektionsrisiko erfasst und vorzugsweise zur Festlegung der Grenzwerte herangezogen, welche vorzugsweise rechnerisch erfolgt. Solche Parameter sind:

1. Die Raumtemperatur

2 Die Luftfeuchte im Raum

3 Die Fläche und das Luftvolumen des Raumes

4 Die Zahl der Personen, welche sich in dem Raum aufhalten.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung in Bezug auf die Anwendung der Geräte zur Warnung vor Infektionsgefahr ist die automatische Anpassung der Grenzwerte aufgrund von Änderungen der angegebenen Parameter. Die Warnung kann entweder akustisch oder visuell erfolgen, wobei als besondere Ausführungsform eine „remote control“, zum Beispiel als Ampelsystem, den Zutritt zur Räumlichkeit regelt.

Weiters kann die Anwendung des beschriebenen Warnsystems zur Steuerung der Raumbelüftung vor allem durch Regelung der Luftwechselzahl, sowie ergänzend der Raumtemperatur und der Luftfeuchtigkeit herangezogen werden. Um das Infektionsrisiko durch Virenpartikel präziser abschätzen zu können, kann das Warnsystem der gegenständlichen Erfindung in einer weiteren Ausführungsform mit Geräten zur Partikelmessung verbunden werden.

Die gegenständliche Erfindung ist auch auf klimatisierte Räume mit Umluft unter der Bedingung anwendbar, dass keine Vorrichtungen vorhanden sind, welche den C0 ₂ - Gehalt und/oder - etwa durch Luftbefeuchtung - die Anzahl der Viruspartikel in der Luft reduzieren.

Die vorliegende Erfindung der Messanlage zur Ermittlung des Infektionsrisikos durch virale Infektion in Räumen ist wie folgt gekennzeichnet: dass eine oder mehrere Messvorrichtungen für folgende Messparameter der Raumluft zur Ermittlung eines Messwertfaktors vorgesehen sind:

C0 ₂ -Gehalt der Raumluft

Lufttemperatur

Luftfeuchtigkeit

Gegebenenfalls Partikelzahl pro Volumen des Raumes; dass Eingabevorrichtungen zur Eingabe weiterer Parameter zur Ermittlung und Eingabe zugeordneter Faktoren vorgesehen sind, wobei die Parameter und deren Faktoren aus folgenden Gruppen ausgewählt sind:

Saisonparameter für den Saisonfaktor,

Raumparameter für den Raumfaktor,

Personenparameter für den Personenfaktor und Infektionsparameter für den Infektionsfaktor; dass eine Recheneinheit zur Berechnung des finalen Bewertungswertes durch Kombination der ermittelten oder eingegebenen Faktoren vorgesehen ist; und dass eine Anzeigevorrichtung zur Anzeige des Bewertungsfaktors und gegebenenfalls eine Steueranlage zur Steuerung der Parameter zur Verringerung des Infektionsrisikos vorgesehen sind.

Weiters wird den Parametern für den Normalfall jeweils der Faktor 1.0 und für positive Bedingungen mit verringertem Infektionsrisiko ein Faktor > 1,0 und für negative Bedingungen mit erhöhtem Infektionsrisiko ein Faktor < 1 ,0 zugeordnet.

Bevorzugt wird vorgesehen, dass die Recheneinheit zur Berechnung der Faktoren eine selbstlernende künstliche Intelligenz aufweist.

Bevorzugt wird vorgesehen, dass zur Ermittlung des Messwertfaktors aus Lufttemperatur und Luftfeuchtigkeit folgende Faktorenmatrix festgelegt ist: und dass für den gemessenen C0 ₂ -Gehalt der Raumluft folgende Faktorenwerte vorgesehen sind:

Der finale Faktor errechnet sich durch Faktor ^* Gewicht und dass der Messwertfaktor durch Multiplikation der Faktorenwerte gebildet ist. Bevorzugt wird vorgesehen, dass für die Partikelzahl ein neutraler Wert von 1 ,0 eingesetzt ist.

Gemäß vorliegender Erfindung wird für den Saisonparameter ein Faktorenwert zwischen 1 ,0 und 0,5 eingesetzt, wobei für Jahreszeiten mit geringem Virusrisiko der Faktorenwert mit 1 ,0, mit mittlerem Risiko 0,9 und mit hohem Risiko mit 0,5 festgelegt ist.

Gemäß vorliegender Erfindung werden für den Raumparameter und dessen Raumfaktor folgende Werte vorgesehen, woraus der Raumfaktor durch Multiplikation erhältlich ist:

Gemäß vorliegender Erfindung werden für die die Festlegung des Personenparameters folgende Feststellungen getroffen und die Faktoren multiplikativ zum Personenfaktor kombiniert: a) Anzahl und Durchsatz von Personen bei kleiner Personenzahl bis hoher Personenzahl: b) Länge der Exposition: c) Aktivität:

Gemäß vorliegender Erfindung wird für den Infektionsparameter einer der folgenden Faktoren angezeigt, wobei die Infektionen der vorhergehenden Woche gewertet werden:

Die Fig. 1 veranschaulicht schematisch die apparativen Einheiten mit den darin gemessenen und eingegebenen Parametern sowie deren rechnerische Auswertung.

Die Figur ist selbsterklärend.

Die Fig. 2 zeigt das Schema einer Messanlage.

Die Messanlage ist Software-gesteuert und kann in jeder geeigneten Programmiersprache geschrieben sein.

Folgende Parameter werden von den Messsensoren über eine Schnittstelle übermittelt. Sobald sich ein Wert um mehr als 10% ändert wird dieser Wert gemeinsam mit einem Timestamp übermittelt:

Temperatur, relative Luftfeuchtigkeit, C0 ₂ -Gehalt ppm, Partikel ppm. Folgende Parameter werden über eine Benutzeroberfläche eingegeben:

Saisonalität (kann auch aus der Systemzeit ermittelt werden)

Geometrie, Raumgröße, Raumhöhe, Liftstromkonzept, Daten zu Personen (Durchsatz, Anzahl Personen und Länge der Exposition, Aktivität).

Der Virale Faktor wird ebenfalls über eine Oberfläche eingegeben, jedoch besteht auch die Möglichkeit, aus diesen Faktor automatisch anhand der geografischen Koordinaten zu beziehen.

Der Rechenalgorithmus liefert, sobald sich einer der Parameter ändert, einen V-Risk Wert (Finale Bewertung) und schreibt diesen, gemeinsam mit allen aktuellen Parametern inklusive Timestamp und eindeutige Versionsbezeichnung des Algorithmus in eine Datenbank und kann diesen Wert auch zur Steuerung weiterer Komponenten verwenden. Das Protokollieren aller Parameter und Scorewerte in der Datenbank schafft die Möglichkeit weitergehender Analysen und die Anwendung mathematischer Modelle zur Entwicklung, Kalibrierung und Validierung des Rechenalgorithmus.

Der Rechenalgorithmus inkludiert den funktionalen Zusammenhang der Parameter und die Ermittlung der Faktoren (Einzelfaktoren und Gesamtfaktoren).

Die apparative Ausführung ist gemäß den zur Verfügung stehenden Apparaten und Modulen zu wählen. Beispielsweise kann gemäß Fig. 2 die Recheneinheit 2 mit der Stromversorgung 1 und Datenübertragungseinrichtungen zu einer Geräteeinheit zusammengefasst sein. Die Datenübertragung von und zu den Sensoren für Temperatur, Feuchte und C0 ₂ -Gehalt sowie gegebenenfalls für die Partikelzahl, und zu einer Eingabeeinheit 3 für die Parameter kann leitungsgebunden oder drahtlos über Funk oder Internetanbindung oder dergleichen erfolgen.

Die Sensoreinheit 5 liefert die Messdaten für Lufttemperatur, Luftfeuchte und C0 ₂ - Gehalt. Weiters weist die Sensoreinheit 5 auch ein Display für die Anzeige der gemessenen Daten, sowie auch für die Anzeige des Bewertungsfaktors als Risikoanzeige auf. Der Partikelsensor 6 kann zusätzlich vorgesehen sein. Die Dateneingabe erfolgt beispielsweise über die Eingabeeinheit 3 mittels 4G remote and local access (über VPN). Die Anbindung an einen Cloud Server ist möglich. Eine Anbindung und Datenübertragung per WIFI kann über den WIFI Access Point 4 erfolgen.

Nachstehend werden beispielhaft noch einige vorteilhafte Merkmale der Erfindung angeführt:

Die Erfindung betrifft ein Messgerät zur Feststellung des Infektionsrisikos durch virale Infektionen, wobei als grundlegender Messparameter der C0 ₂ -Gehalt der Luft herangezogen wird.

Ein weiteres Merkmal ist, dass relevante Parameter zur Festlegung von Grenzwerten in Hinblick auf ein virales Infektionsrisiko, vor allem die Raumtemperatur, die Luftfeuchtigkeit im Raum und das Luftvolumen des Raumes erfasst und zur Festlegung der Grenzwerte herangezogen werden.

Die Erfassung der Grenzwerte erfolgt automatisch und die Grenzwerte werden gegebenenfalls auf Basis rechnerischer Auswertung angepasst.

Die Warnung kann entweder akustisch oder visuell erfolgen.

Als besondere Ausführungsform kann eine „remote control“, zum Beispiel als Ampelsystem, den Zutritt zur Räumlichkeit regeln.

Die erfassten Messwerte können zur Steuerung der Raumbelüftung, vor allem durch Regelung der Luftwechselzahl, sowie ergänzend der Raumtemperatur und der Luftfeuchtigkeit herangezogen werden.

Die Erfindung umfasst die Anwendung von C0 ₂ -Luftmessgeräten als Warnsystem vor viraler Infektionsgefahr und weiters die Anwendung eines kontinuierlichen Partikelmessgerätes als Warnsystem vor viraler Infektionsgefahr.

Die Erfindung umfasst auch die Anwendung eines C0 ₂ -Luftmessgerätes in Verbindung mit Geräten zur Partikelmessung. Nachstehend einige Beispiele: