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Luftfilter in Lüftungsanlagen halten Feinstaub, Pollen und Rußpartikel aus der Atemluft von Büros, Schulen und Krankenhäusern fern, doch ihre Leistung wird meist nur im fabrikneuen Zustand geprüft. Ein Dauertest an der Purdue University in den USA hat über 112 Wochen verfolgt, was echte Außenluft mit verschiedenen Filtertypen macht. Durch jeden der drei Versuchskanäle strömten dabei rund 3.400 Kubikmeter Luft pro Stunde. Die Filter veränderten sich auf völlig unterschiedliche Weise, und ein Typ hielt der Dauerbelastung bemerkenswert lange stand.
Wer morgens ein Büro betritt, in einem Klassenzimmer mit Lüftungsanlage sitzt oder im Krankenhaus liegt, atmet Luft, die zuvor durch mehrere Lagen Filtermaterial geströmt ist. Raumlufttechnische Anlagen saugen Außenluft an, erwärmen oder kühlen sie und verteilen sie über Kanäle im ganzen Gebäude, und an ihrem Eingang sitzen Luftfilter als Barriere gegen Partikel aus Verkehr, Heizungen, Industrie und Natur. In größeren Gebäuden sind sie meist in mehrstufigen Filterbänken hintereinander angeordnet. Ein einfacher Vorfilter fängt groben Staub und Pollen ab, dahinter übernehmen feinere Stufen wie Kompaktfilter den Feinstaub, also Teilchen von zehn Mikrometern Durchmesser abwärts. Bei dieser Bauform ist das Filtermedium in zahlreiche Falten gelegt und zu V-förmig angeordneten Paketen gebündelt, sodass auf einem Rahmen von rund 60 Zentimetern Kantenlänge teils mehr als zehn Quadratmeter Filterfläche Platz finden. Je größer diese Fläche ist, desto langsamer strömt die Luft durch das Material und desto geringer bleibt der Widerstand, gegen den der Ventilator anarbeiten muss.
Wie gut ein Luftfilter arbeitet, wird in Prüfständen mit genormten Prüfaerosolen ermittelt, und zwar fast immer am fabrikneuen Exemplar. Im Gebäude bleibt derselbe Filter jedoch viele Monate und oft ein bis zwei Jahre im Luftstrom, während sich Partikel aus der Umgebung in seinen Fasern sammeln. Dabei verändern sich sowohl die Abscheideleistung als auch der Strömungswiderstand, der als Druckverlust gemessen wird und mitbestimmt, wie viel Strom die Ventilatoren benötigen. Für die Gesundheit ist diese Entwicklung keine Nebensache, denn Menschen verbringen rund 90 Prozent ihrer Zeit in Innenräumen, und feine Partikel aus der Außenluft gelangen über die Lüftung direkt in die Atemwege. Welche Folgen eine dauerhafte Belastung haben kann, zeigt etwa eine Untersuchung, nach der Luftverschmutzung auch das Gedächtnis verschlechtert und damit weit über Herz und Lunge hinaus wirkt. Umso wichtiger ist die Frage, wie zuverlässig Filter über ihre gesamte Einsatzzeit schützen und wie viel Energie sie dabei kosten.
Um diese Frage zu beantworten, bauten die Forscher Chunxu Huang und Brandon Boor an den Ray W. Herrick Laboratories der Purdue University im Bundesstaat Indiana eine Versuchsanlage aus drei unabhängig betriebenen Lüftungskanälen in voller Größe. Jeder Kanal saugte ununterbrochen Außenluft an und hielt einen konstanten Volumenstrom von 2.000 Kubikfuß pro Minute, umgerechnet rund 3.400 Kubikmeter pro Stunde. In allen drei Kanälen saß vorn ein gefalteter Vorfilter der Klasse 8 auf der amerikanischen Bewertungsskala MERV, dahinter jeweils ein anderer Endfilter: ein gefalteter Filter derselben Klasse, ein elektrisch geladener Taschenfilter der Klasse 13 und ein V-förmig gefalteter Kompaktfilter der Klasse 14. Über 112 Wochen erfassten Messgeräte vor und hinter jeder Filterstufe die Größenverteilung der Teilchen zwischen zehn Nanometern und zehn Mikrometern. Die Ergebnisse sind im Fachjournal Building and Environment erschienen und stammen aus einem Forschungsprojekt, das der amerikanische Fachverband für Heizungs-, Kälte- und Klimatechnik ASHRAE gefördert hat.
Das wichtigste Ergebnis betrifft die Endfilter, die im Gebäude den feinen Anteil der Partikel zurückhalten sollen. Der Kompaktfilter hielt seine Abscheideleistung fast 90 Wochen lang stabil und schied in dieser Zeit mehr als 55 Prozent der Teilchen zwischen 100 und 500 Nanometern sowie mehr als 70 Prozent der winzigen Teilchen zwischen 10 und 50 Nanometern ab. Erst danach ließ seine Wirkung nach, was die Forscher auf eine mechanische Beschädigung des Filtermediums zurückführen und nicht auf die allmähliche Beladung mit Staub. Zugleich trugen die Endfilter nur wenig zum gesamten Strömungswiderstand der Anlage bei, denn der Großteil des Anstiegs entfiel auf die vorgeschalteten Stufen. Gemessen wurde dabei nicht im Labor mit künstlichem Staub, sondern bei wechselnden Temperaturen und Luftfeuchtigkeit, bei Regen und Schnee, also unter genau den Bedingungen, denen eine Lüftungsanlage im Alltag ausgesetzt ist. Damit zeigt die Bauform die Eigenschaften, auf die es im Betrieb ankommt, nämlich eine gleichbleibende Filterwirkung über lange Standzeiten bei geringem zusätzlichem Widerstand.
Überraschend verhielten sich die einfachen Vorfilter, die eigentlich nur groben Staub abfangen sollen. Nach einem Jahr im Außenluftstrom erreichten sie in der Messung eine Abscheideleistung, die auf der MERV-Skala der Klasse 14 entspricht, obwohl sie als Filter der Klasse 8 eingebaut worden waren. Auch der einfache gefaltete Endfilter verbesserte sich binnen eines Jahres von Klasse 8 auf Klasse 11. Der Grund liegt in der Funktionsweise rein mechanischer Faserfilter: Abgelagerte Teilchen bilden auf und zwischen den Fasern zusätzliche Hindernisse, an denen weitere Partikel hängen bleiben, sodass der gesammelte Staub selbst zu einem Teil des Filters wird. Dieser Effekt hat allerdings eine Kehrseite, denn mit jeder Ablagerung wächst der Druckverlust. Bei den Vorfiltern stieg er annähernd exponentiell an und lag nach rund einem Jahr nach Angaben der Forscher um etwa 250 bis 500 Pascal über dem der nachgeschalteten Endfilter. Dass ein Luftfilter durch seine Beladung besser fängt, ist deshalb kein Grund, den Wechsel hinauszuzögern, denn der wachsende Widerstand kostet Energie oder Luftmenge.
Ganz anders entwickelte sich der elektrisch geladene Taschenfilter. Solche Elektretfilter nutzen neben dem Fasergeflecht eine elektrostatische Ladung, die feine Partikel zusätzlich anzieht und im Neuzustand hohe Messwerte ermöglicht. Im Außenluftbetrieb ließ diese Ladung nach, und schon nach rund sechseinhalb Monaten entsprach der Filter nur noch der Klasse 10 statt der angegebenen Klasse 13, obwohl sich weiterhin Staub auf seinem Material sammelte. Für Planer in Europa ist dieser Befund weniger überraschend, denn die hier maßgebliche Prüfnorm ISO 16890 sieht einen Prüfschritt vor, bei dem die elektrostatische Ladung des Filtermediums mit Isopropanoldampf entfernt wird. Die Abscheidung nach dieser Behandlung fließt in die Einstufung in die Gruppen ISO ePM1, ISO ePM2,5 und ISO ePM10 ein, sodass ein nachlassender Ladungseffekt bereits bei der Klassifizierung berücksichtigt wird. Rein mechanisch wirkende Luftfilter wie der getestete Kompaktfilter sind auf eine solche Ladung nicht angewiesen, was zu ihrer gleichbleibenden Leistung im Langzeitversuch passt.
Eine weitere Erkenntnis betrifft die kleinsten Teilchen. Als Ultrafeinstaub gelten Partikel mit weniger als 100 Nanometern Durchmesser, die kaum zur Masse des Feinstaubs beitragen, nach Anzahl gezählt aber den größten Teil der Teilchen in der Luft stellen. Wird ein Luftfilter nach der amerikanischen MERV-Bewertung oder nach ISO 16890 geprüft, bleiben sie unberücksichtigt, denn beide Verfahren arbeiten erst mit Partikeln ab 0,3 Mikrometern. Die Messungen an der Purdue University reichten dagegen bis zehn Nanometer hinunter und zeigten, dass die Endfilter vor allem mit feinen und ultrafeinen Teilchen beladen wurden, während sich auf den Vorfiltern überwiegend grober Staub sammelte. Gerade bei diesen winzigen Partikeln, die besonders tief in die Lunge vordringen, zeigt sich, wie wichtig ein leistungsfähiger Luftfilter in der letzten Stufe ist. Eine im Juli 2026 veröffentlichte weltweite Abschätzung bringt jährlich knapp zwei Millionen vorzeitige Todesfälle mit Ultrafeinstaub in Verbindung. Quellen gibt es auch im Inneren von Gebäuden, etwa beim Kochen oder wenn duftende Putzmittel Milliarden Nanopartikel in der Raumluft entstehen lassen, die bei Anlagen mit Umluftbetrieb ebenfalls in die Filter gelangen.
Neben der Luftqualität untersuchten die Forscher, was die Alterung für den Energiebedarf bedeutet. Sitzt ein stärker beladener Luftfilter im Kanal, muss ein drehzahlgeregelter Ventilator, der einen festen Volumenstrom hält, gegen den höheren Druckverlust mehr Leistung aufbringen. Entsprechend stieg der wöchentliche Stromverbrauch der Ventilatoren im Versuch über die zwei Jahre schrittweise an, wobei Ausmaß und Tempo vom Filtertyp und vom Wirkungsgrad des Ventilators abhingen. Bei Anlagen mit ungeregelten Ventilatoren sinkt stattdessen der Volumenstrom, sodass weniger gefilterte Luft in die Räume gelangt. Um solche Verläufe künftig ohne jahrelange Wartezeit vorhersagen zu können, entwickelte das Team ein Verfahren zur beschleunigten Alterung. Ein thermischer Aerosolgenerator erzeugt dabei aus verbrannten Salzstäben feinste Kaliumchloridpartikel, deren Größenverteilung der von Stadtluft ähnelt, allerdings in einer rund tausend- bis zehntausendfach höheren Konzentration. Die Versuche damit zeigten, dass höhere Volumenströme und trockenere Luft Filter schneller zusetzen, während die Zufuhrrate der Partikel ihre Staubspeicherfähigkeit kaum beeinflusst.
Ob sich der Aufwand für feinere Filter lohnt, hat Huang in einer weiteren Auswertung untersucht, die er in der Zusammenfassung seiner Doktorarbeit an der Purdue University beschreibt. Dazu verknüpfte er die zweijährigen Messdaten mit Modellen, die berechnen, wie viele Partikel sich in den Atemwegen der Gebäudenutzer ablagern und welches zusätzliche Krebsrisiko über die Lebenszeit daraus durch Ultrafeinstaub entsteht. Den Anschaffungs- und Energiekosten der Filter stellte er den in der Gesundheitsökonomie üblichen Wert eines statistischen Lebens gegenüber. Das Ergebnis fällt eindeutig aus: Hocheffiziente Luftfilter senken das Krebsrisiko spürbar, und ihr gesundheitlicher Nutzen wiegt den zusätzlichen Energiebedarf bei Weitem auf. Als wirtschaftlich ausgewogenste Lösung erwies sich in dieser Rechnung die Kombination mit einem Endfilter der Klasse MERV 13. Es handelt sich dabei um eine Modellrechnung, deren Ergebnis von den angenommenen Kosten und Belastungen abhängt.
Für Deutschland sind die Befunde aus mehreren Gründen von Interesse. Die Hygienerichtlinie VDI 6022 sieht für raumlufttechnische Anlagen vor, die Luftfilter der ersten Stufe spätestens nach zwölf Monaten und nachgeschaltete Feinfilter spätestens nach 24 Monaten zu wechseln, also einen Zeitraum, den der Kompaktfilter im amerikanischen Dauertest zum größten Teil ohne Leistungseinbußen durchlief. Zugleich senkt die überarbeitete EU-Luftqualitätsrichtlinie, die bis zum 11. Dezember 2026 in nationales Recht umgesetzt sein muss, den Jahresgrenzwert für Feinstaub der Größe PM2,5 ab 2030 von 25 auf 10 Mikrogramm pro Kubikmeter. Welchen Unterschied saubere Raumluft im Alltag machen kann, zeigt eine Untersuchung, nach der Luftreiniger das Denken messbar beschleunigen können. Die Daten aus Indiana stammen allerdings von einem einzigen Standort und von je einem Filter pro Bauart, sodass Langzeitmessungen unter europäischen Bedingungen die Werte künftig ergänzen und weiter absichern können.
Building and Environment, Long-term in-situ aging of HVAC filters under continuous outdoor aerosol exposure: Temporal evolution in size-resolved filtration efficiency, mass loading, pressure drop, and fan energy consumption; doi:10.1016/j.buildenv.2026.114596
Science and Technology for the Built Environment, Integration of a thermal aerosol generator into a full-scale HVAC filter test rig for aging filters with representative urban aerosol size distributions (RP-1734); doi:10.1080/23744731.2025.2582421