Raumklima unter Kontrolle

Optimale Luftfeuchte für Life Sciences und Labor - Mehr Sicherheit und Forschungsqualität

Arbeitsräume, die als Labore oder für die Entwicklung, Produktion und Lagerung im Bereich Life Science genutzt werden, müssen besondere raumklimatische Anforderungen erfüllen. Die relative Luftfeuchte kann dabei einer der wichtigsten Kontrollparameter sein. Die Einflussfelder reichen vom Geräteschutz, über die Datengenauigkeit bis hin zum Gesundheitsschutz der Mitarbeiter.

Eine präzise Kontrolle des Raumklimas ist für viele Anwendungen in der Medizin-, Pharma- und Biotechnik eine notwendige Voraussetzung, um Anforderungen an die Qualität und Sicherheit von Prozessen in Forschung, Produktion und Lagerung zu erfüllen. Neben einer optimalen Temperaturführung ist es auch die konstant geregelte Luftfeuchte, die sicherstellt, dass zu jeder Zeit kontrollierte, reproduzierbare Ergebnisse, Daten und Produkte entstehen.

Geräteschutz

Die zunehmende Automatisierung und Miniaturisierung in den Life Sciences verlangt für viele High-Tech-Anlagen eine konstant optimale Luftfeuchte. Sensible Gerätschaften werden durch eine geregelte Luftfeuchtigkeit beispielsweise vor unkontrollierten elektrostatischen Entladungen geschützt.

Datengenauigkeit

Vergleichbare und konstant verwertbare Daten und Ergebnisse sind in Laboren und für viele Life Sciences unverzichtbare Voraussetzung. Eine kontrollierte Temperatur- und Feuchteführung spielt dafür eine wesentliche Rolle.

Faktor "Mensch"

Der wesentliche Faktor für den Erfolg von Life Science Unternehmen und modernen Forschungseinrichtungen ist der Faktor Mensch. Thermische Behaglichkeit und ein gesunderhaltendes Raumklima fördern die Leistungsfähigkeit und Zufriedenheit der Mitarbeiter. Eine konstante Kontrolle der Luftfeuchtigkeit steigert das Wohlbefinden am Arbeitsplatz und schützt zusätzlich vor Atemwegserkrankungen. Eine Mindestluftfeuchte von 40 Prozent ist präventiver Gesundheitsschutz und erhöht das Komfortempfinden für Life Sciences spürbar.

Geräte- und Explosionsschutz

Eine optimale Luftfeuchte schützt empfindliche Geräte vor elektrostatischen Entladungen und reduziert das Risiko von Schäden. Für elektronische Bauteile können bereits Entladungen von 30 Volt zu Beschädigungen und Defekten führen. Bei einer relativen Luftfeuchte zwischen 40 und 60 Prozent wird High-Tech-Ausrüstung vor Elektrostatik geschützt und die Zündgefahr von Flüssigkeiten reduziert.

Elektrostatische Aufladungen entstehen immer dann, wenn es zwischen Oberflächen zu Reibungselektrizität und anschließender Trennung kommt. Dies kann beispielsweise in Laborumgebungen sowohl beim Körperkontakt als auch innerhalb von Geräten passieren. Beim Kontakt zweier Oberflächen mit unterschiedlicher Leitfähigkeit fließen Elektronen von einem Material zum anderen. Die Oberflächen laden sich dadurch entweder negativ oder positiv auf. Bei sehr gut leitfähigen Materialien kommt es sofort nach der Trennung wieder zu einem vollständigen Ladungsaustausch. Schlecht leitfähige oder isolierende Materialien behalten allerdings ihre neuen Ladungszustände, die sich sogar bei Abstandsvergrößerung auf mehrere Tausend Volt erhöhen können. Empfindliche Geräte können durch unkontrollierte Entladungen beschädigt werden. Zusätzlich können elektrostatische Auf- und Entladungen beim Umfüllen von Flüssigkeiten und Lösemitteln zu Funkenentladung und hoher Zündgefahr mit Explosionen führen.

Qualitätssicherung

Elektrostatische Ladungen können auch für Störungen von Produktionsmaschinen verantwortlich sein und zu Maschinenstillstand und Ausfall führen. Mikroprozessorgesteuerte Maschinen reagieren sehr empfindlich, sodass bereits durch geringe Spannungen die Gefahr besteht, Bauteile erheblich zu beschädigen. Zusätzlich können nicht detektierbare Fehler entstehen, die zu Qualitätsproblemen der Endprodukte führen. Bei der Verarbeitung von pulverförmigen Inhalten sowie Folien und Kunststoffen sind Verwirbelungen und aneinanderhaftende Materialien häufig die Folge von Elektrostatik.

Ohne Aufladung keine Entladung

Für einen umfassenden Elektrostatik-Schutz müssen wo immer möglich Aufladungen vermieden und eine definiert kontrollierte Entladung sichergestellt werden. Dazu leistet eine optimale Luftfeuchte einen doppelten Beitrag: Bei einer relativen Luftfeuchtigkeit zwischen 40 und 60 Prozent bildet sich ein natürlicher, leitender Feuchtigkeitsfilm auf den Materialien. Dadurch werden auch schwer leitende Oberflächen und Isolatoren leitfähiger. Bei Reibungskontakt und anschließender Trennung ist dann ein vollständiger Ladungsaustausch zwischen den Materialien möglich, ohne dass es zu störenden Aufladungen kommt. Zusätzlich erhöht sich die Leitfähigkeit der Luft, sodass elektrische Ladungen in die Atmosphäre abgeleitet werden können ohne Schäden, Aneinanderhaftungen oder Verwirbelungen zu verursachen.

Luftfeuchte schützt vor Elektrostatik

Elektrostatik entsteht durch Reibung

Klima zum besser arbeiten

Zufriedene Mitarbeiter arbeiten motivierter und sind leistungsfähiger. Das Raumklima ist ein wichtiges Aktionsfeld für Unternehmen, um Mitarbeiter positiv zu beeinflussen und die Gesundheit zu schützen. Die relative Luftfeuchte ist dabei nicht nur nicht nur eine Einflussgröße für die empfundene „Thermische Behaglichkeit“, sondern steuert auch die Produktivität.

Von „Thermischer Behaglichkeit“ spricht man, wenn Gebäudenutzer sich weder wärmere noch kältere, weder trockenere noch feuchtere Raumluft wünschen. Der Behaglichkeitsbereich, indem die große Mehrheit der Raumnutzer sich wohlfühlt erstreckt sich in einer Zone von etwa 18 °C bis 24 °C und 35 bis 75 Prozent relativer Luftfeuchte.

Trockene Luft ist Störfaktor

Eine Studie des Fraunhofer IAO zur Gestaltung der Arbeitswelt im Rahmen des Verbundprojekts Office 21 zeigt, dass lediglich 20 Prozent der Wissensarbeiter mit ihrer Arbeitsplatz-Umgebung sehr zufrieden sind. Als ein überdurchschnittlich wirkender Störfaktor hat u. a. fehlende Luftfeuchte einen deutlich negativen Einfluss auf die Zufriedenheit, auf das Wohlbefinden und auf die Gesundheit.

Schleimhautreizungen

Die Schleimhäute des Atmungstraktes (Nase, Bronchien) reagieren sensibel bei trockener Luft. Trocknet die schützende Schleimschicht aus oder reduziert ihre Dicke, können Stäube und Feinstpartikel eindringen und die Schleimhäute reizen. Häufige Symptome sind Rachenentzündungen, Heiserkeit, Husten- und Schluckzwang. Auch der Stimmapparat leidet unter nicht ausreichend befeuchteten Schleimhäuten, was zum Wegfall der Stimme führen kann.

Das trockene Auge

Geschwollene Augenlider, Rötungen, Fremdkörpergefühl, Brennen und hohe Lichtempfindlichkeit sind häufig die Folge zu geringer Luftfeuchte. Ein optimaler, intakter Tränenfilm hat die Aufgabe, die Augenoberfläche vor Einwirkungen aus der Umwelt zu schützen. In der Luft vorhandene Partikel können zu erheblichen Reizungen und Infektionen der Bindehaut führen. Bei zu trockener Raumluft kommt es zu einer verstärkten Verdunstung der Tränenflüssigkeit. Ist die Luftfeuchte länger andauernd zu gering, kann der Tränenfilm sogar reißen. Stundenlanges Starren auf Monitore und Mikroskope verstärkt diesen Effekt zusätzlich. Die Folge ist eine zunehmende Reizung, Augenbrennen und bei schweren Verlaufsformen Entzündungen und ernsthafte Augenschäden.

Luftfeuchte und Gefährdung durch Mikroorganismen

Bereich „Thermische Behaglichkeit“

Viren lieben es trocken

Erkrankungen des Atemsystems gehören zu den häufigsten Ursachen für Arbeitsunfähigkeit. Insbesondere im Winter kommt es vermehrt zu Grippewellen und Infektionen der Atemwege. Untersuchungen zeigen, dass die Immunabwehr und die Lebensdauer von Viren direkt von der Luftfeuchte abhängen.

Viren überleben länger

Zusätzlich zum Schwebeverhalten hat die Luftfeuchte auch gravierende Auswirkungen auf die Infektiosität von Keimtröpfchen. Bei geringer Luftfeuchte mit einem relativen Feuchteanteil unter 40 Prozent trocknen die Keimtröpfchen so stark aus, dass sich ein Salzmantel bildet, der die Viren konserviert. Viren überleben länger und bleiben ansteckend.

Geringere Immunabwehr

Der Mensch ist Angriffen von Viren und Bakterien nicht schutzlos ausgeliefert: Im Atemtrakt schützen uns die Schleimhäute durch ihre Selbstreinigungsfunktion vor Infektionen. Mit sinkender Luftfeuchtigkeit verliert jedoch der Abtransport der Krankheitserreger an Wirksamkeit. Bei geringer Luftfeuchte führt die zunehmende Viskosität der Schleimhäute zu einer Blockade der Immunabwehr und das Infektionsrisiko steigt. Sinkt die relative Luftfeuchte auf 20 Prozent kommt der Selbstreinigungsprozess komplett zum Stillstand.

Beispiele aus der Praxis

Praxisbeispiel Robert Koch-Institut

Einfach, wartungsfreundlich und hygienisch

Kernaufgaben des Robert Koch-Instituts sind das Bekämpfen von Infektionskrankheiten und die Verbesserung der Gesundheitssituation in Deutschland. Welchen Einfluss eine ausreichende Luftfeuchte auf das Wohlbefinden und die Gesundheit am Arbeitsplatz hat, erfährt das Institut seit 2016 in einem neu bezogenen Labor- und Bürogebäude in Berlin.

Das Robert Koch-Institut (RKI) ist ein Bundesinstitut im Geschäftsbereich des Bundesministeriums für Gesundheit. Mit rund 1.200 Mitarbeitern ist das RKI die zentrale Einrichtung der Bundesregierung auf dem Gebiet der Krankheitsüberwachung und -prävention. 2016 hat das RKI ein neues vierstöckiges Labor- und Bürogebäude mit rund 60.000 m2 Fläche bezogen. Dort erstellen zum Beispiel Influenzaexperten des RKI wöchentliche Situationsberichte, untersuchen welche Grippeviren zirkulieren und überprüfen die Wirksamkeit von Grippeimpfungen. Kurz nach dem Bezug des Neubaus gab es jedoch Beschwerden über das Raumklima. Mitarbeiter klagten über trockene Atemwege, gereizte Augen, Husten und Kopfschmerzen. Messungen der relativen Luftfeuchte ergaben Werte von nur 10 bis 20 Prozent. Ursache für die trockene Luft war der in den Laborbereichen der Sicherheitsstufe S2 erforderliche sechsfache mechanische Luftwechsel pro Stunde. Insbesondere in den Wintermonaten hat die Erwärmung der zugeführten kalten Frischluft zu einem spürbaren Absinken der relativen Luftfeuchte geführt. Da entsprechend den Vorgaben des Bundesbauamtes für den Neubau der S2-Laborbereiche keine Vollklimatisierung von Beginn an eingeplant war, wurde nach Möglichkeiten gesucht, eine zusätzliche Luftbefeuchtung zum Gesundheitsschutz der Mitarbeiter nachzurüsten.

Keine Keime

Bei mobilen Standgeräte wurde der Aufwand für die täglich mehrmalige Befüllung und Reinigung als nicht praktikabel bewertet. Gegen die Nachrüstung einer zentralen Luftbefeuchtung in die bestehende raumlufttechnische Anlage sprach der zu erwartende hohe bauliche Aufwand und Schließungen von Laborflächen während der Umbauphasen. Nach umfassender Recherche entschied sich das RKI schließlich für eine Direkt-Raumluftbefeuchtung des Herstellers Condair Systems. Ausschlaggebend für diese dezentrale Lösung waren neben den geringeren Umbaukosten vor allem der Hygiene-Nachweis der vollständig keimfreien Befeuchtung: Mit dem Zertifikat „Optimierte Luftbefeuchtung“ der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung (DGUV) und der zusätzlichen Zertifizierung nach VDI 6022 Blatt 6 konnte der Hersteller eine Querkontamination durch die Luftbefeuchtung sicher ausschließen.

Wartungsfreundliche Luftbefeuchtung

Seit 2018 sind rund 100 Direkt-Raumluftbefeuchter von Typ Draabe Nanofog im Robert Koch-Institut im Einsatz. Mit einem Betriebsdruck von bis zu 85 bar erzeugen die kleinen Düsen-Luftbefeuchter bei Bedarf einen mikrofeinen Nebel, der sofort von der Raumluft aufgenommen wird. Die Installation wurde dabei bewusst in zwei Bauphasen aufgeteilt, damit Erfahrungen gesammelt und die Luftbefeuchter bei Bedarf individuell angepasst werden können. Während der ersten Bauphase wurden vom RKI auch regelmäßig Keimproben vom Befeuchterwasser genommen und bebrütet. Das Ergebnis war stets keimfrei. Das für die Luftbefeuchtung verwendete Wasser wird beim eingesetzten Draabe Nanofog System über eine systemeigene mehrstufige Wasseraufbereitung komplett demineralisiert und entkeimt. Die erforderliche Wartung und Desinfektion der Anlage erfolgt automatisch durch halbjährlichen Austausch von mobilen Kleincontainern: Der Container-Austausch ist sehr einfach und in wenigen Minuten erledigt. Alle Werte sind zentral eingestellt und können bei Bedarf an die Gebäudeleittechnik angebunden werden. Die Regelung der Luftfeuchte erfolgt durch digitale Messgeräte direkt in den Laboren, die dort ganzjährig eine relative Mindestluftfeuchte von 38 Prozent sichern.

Zufriedene Mitarbeiter

Aufgrund der intensiven Kommunikation und Abstimmung zwischen Technik, Personalvertretung und Wissenschaftlern, ist die Luftbefeuchtungsanlage bei den Mitarbeitern des Robert Koch-Instituts von Beginn an akzeptiert worden. Das Ziel, das Wohlbefinden der Mitarbeiter zu erhöhen und vor gesundheitlichen Belastungen durch das Raumklima zu schützen, ist mit dem nachträglichen Einbau der Luftbefeuchtung erreicht: Beschwerden über zu trockene Luft gibt es seitens der Mitarbeiter keine mehr.

Zufriedene Mitarbeiter im Labor

Steuereinheit der DRAABE Luftbefeuchtung

Die relative Luftfeuchte für den Menschen liegt im optimalen Bereich zwischen 40 und 60%