CO2 - Definition und Bedeutung
Ohne Kohlenstoffdioxid gäbe es keine Photosynthese, dadurch gäbe es kein Pflanzenwachstum, was bedeutet, dass es ohne Kohlenstoffdioxid keine Lebewesen auf der Erde gäbe. CO2 ist aber nicht nur ein eigentlich wichtiges Gas für Mensch und Umwelt. Es ist außerdem ein Treibhausgas, dessen hohe Konzentration in der Atmosphäre die Temperaturen steigen lässt und zum Treibhauseffekt, beziehungsweise zur globalen Erwärmung führt.
Grundsätzlich unterscheidet man zwischen natürlichem und zusätzlichem Kohlendioxid. Außer dem natürlichen Vorkommen in der Atmosphäre und in der Luft entsteht CO2 bei der Atmung von Mensch und Tier, der Reifung von Obst und Gemüse, es wird von Vulkanen produziert und entsteht bei Verrottung. Das sogenannte zusätzliche CO2 ist anthropogen (durch den Menschen verursacht) bedingt und wird schon seit Anbeginn der Industrialisierung der Umwelt zusätzlich zugefügt. Beispielsweise bei Verbrennung von kohlenstoffhaltigen Energieträgern, wie Kohle, Gas oder Öl. Auch Autoabgase enthalten Kohlendioxid. Außerdem wird manchen Getränken CO2 zugefügt. Im Gegensatz zu Bier und Sekt, bei denen sich Kohlenstoffdioxid bei der Gärung natürlich bildet, wird bei Limonaden und Sodawasser das CO2 zugesetzt, um einen Erfrischungseffekt beim Konsumenten zu erzielen.
Strukturformel eines CO2-Moleküls
Der CO2-Gehalt in der Luft wird in parts per million (Anteile pro Million), kurz ppm, oder in Prozent (%), beziehungsweise Volumenprozent (Vol.-%) angegeben.
CO2 als Indikator für die Raumluftqualität
Je nach Anzahl, der in den Räumen befindlichen Personen kann die Raumluftqualität erheblich und rapide abnehmen. Der eigentliche Sauerstoffgehalt in der Luft beträgt im Normalfall 21 %, der von CO2 deutlich weniger, etwa 0,04 %. (400 ppm) Schon allein durch eine einzige Person kann der CO2-Gehalt in der Luft innerhalb von 45 Minuten von der genannten Menge auf 1.000 ppm ansteigen. Der Kohlendioxidgehalt in der Luft würde damit durch lediglich eine Person auf die von Max von Pettenkofer empfohlene Maximalmenge von 1.000 ppm ansteigen.
Grenzwerte für CO2 in Räumen
Europäische Norm EN 13779 bewertet die Konzentration von CO2 in Innenräumen in vier Qualitätsstufen (siehe Tabelle 1). Als hygienisch inakzeptabel gilt die Raumluftqualität ab 2.000 ppm.
| CO2 Gehalt im ppm | CO2 in % | Qualitätsstufe |
| Unter 800 | <0,08 % | Hohe Raumluftqualität |
| 800 - 1.000 | 0,08 - 0,1 % | Mittlere Raumluftqualität |
|
1.000 - 1.400 |
0,1 - 0,14 % | Mäßige Raumluftqualität |
|
Über 1.400 |
>0,14 % | Niedrige Raumluftqualität |
Raumluftqualität in Abhängigkeit vom CO2 Gehalt
Die Menge des CO2-Gehalts in Innenräumen hängt von verschiedenen Faktoren ab. Man unterscheidet dabei zwischen biotischen und abiotischen Faktoren.
- Raumbelegung
- Raumgröße
- Belüftungssituation
- Zeitdauer der Raumnutzung
- Anzahl der Personen
- Aktivität der Nutzer
Höhere Konzentrationen sind außerdem möglich durch:
- Rauchen von Tabak
- Kerzen
- offene Öl- und Gasleuchten
- offene Flammen
- technische Anlagen, die CO2 ausstoßen
- Gärungsvorgänge
Max von Pettenkofer machte aus der Hygiene eine Wissenschaft und gilt somit als erster Hygieniker Deutschlands. Bereits in der Mitte des 19. Jahrhunderts beschäftigte er sich mit der Qualität der Raumluft und machte eine zu hohe Kohlenstoffdioxidkonzentration als eine der Faktoren für niedrige Luftqualität in Innenräumen aus. Lange Zeit galt die sogenannte Pettenkoferzahl, 1.000 ppm (0,1%), als Indikator und Grenzwert für gute Raumluftqualität.
Noch heute dient sie als wichtige Zielgröße. Denn ab dieser Menge können bereits Merkmale von Unwohlsein durch zu viel CO₂-Konzentration in der Luft, wie Kopfschmerzen, Konzentrationsschwäche und Müdigkeit auftreten.
Auswirkungen von CO2 auf die Gesundheit
Schadstoffe wie Kohlenstoffdioxid (CO2) in der Atemluft stellen eines der fünf größten Risiken für die öffentliche Gesundheit dar. Sie führen zu Beschwerden wie Unwohlsein, Konzentrationsschwäche und Produktivitätsverlust. Diese Symptome treten bereits auf, lange bevor man schlechte Luft, beziehungsweise eine zu hohe CO2-Konzentration in der Atemluft bewusst wahrnimmt. Je nach Intensität der Nutzung eines Raumes steigt die Menge an Kohlenstoffdioxid in der Raumluft an und verschlechtert die Qualität dieser erheblich. Der menschliche Körper benötigt Sauerstoff, um richtig zu funktionieren, zu viel CO2 in der Atemluft behindert den Körper an der Aufnahme von Sauerstoff. Hinreichende Qualität, mit Hilfe durch Überwachung von Raumluft innerhalb von Gebäuden, ist daher von großer Notwendigkeit. Denn eine zu hohe CO2-Konzentration kann Folgen haben. Schon ab einem Wert von 1.200 – 1.500 ppm kann sich, je nach Person und Befindlichkeiten, das allgemeine Wohlergehen enorm verschlechtern und es können Beschwerden wie Schläfrigkeit, Unaufmerksamkeit, Verringerung der Konzentration oder Kopfschmerzen auftreten. Bei ansteigendem Kohlenstoffdioxidgehalt kann sich schließlich auch die Atemfrequenz und das Atemzugsvolumen erhöhen. Zu viel CO2 in der Raumluft führt an Arbeitsplätzen, Schulen und Kitas zu höheren Fehlzeiten. Diesen lässt sich durch verstärktes Lüften und Monitoring mit Klimaanlagen oder Luftfiltern entgegenwirken. Für das Ermitteln des CO2-Gehalts in der Luft gibt es spezielle Messgeräte, die bei Bedarf auch Alarm schlagen können. Durch einen regelmäßigen Luftaustausch in den Räumen steigt die Leistung sowohl von Arbeitnehmerinnen als auch von Schülerinnen nachweislich wieder an.
Mit dem Kohlendioxidgehalt steigt auch das Ansteckungsrisiko. Wo eine hohe CO2-Konzentration herrscht, befinden sich besonders viele Aerosole und Keime. Wissenschaftler untersuchten das Ansteckungsrisiko bei einer Grippe, dabei waren 30 Personen für vier Stunden in einem Klassenraum, in welchem eine Person eine akute Grippe hatte. Das Ergebnis bestätigte eine höhere Ansteckungsgefahr bei zu hohem CO2-Level. Bei 1.000 ppm steckten sich fünf Personen an, bei 2.000 ppm bereits zwölf und bei 3.000 ppm wurden 15 Personen angesteckt.
CO₂-Konzentrationen und mögliche Auswirkungen
Zu viel CO2 in der Raumluft kann aber nicht nur zu starken Kopfschmerzen, Leistungsabfall, Konzentrationsschwäche, vermehrten Ansteckungen und erhöhter Atemfrequenz führen. Eine zu hohe Konzentration kann für den Menschen durchaus gesundheitlich bedenklicher und noch gefährlicher werden. Bei über 10.000 ppm kann es zu Übelkeit und Erbrechen bis hin zu Atemnot oder gar Bewusstlosigkeit kommen. Steigt die Menge an CO2 in der Raumluft auf über 40.000 ppm an, kann dies im schlimmsten Fall zum Tod führen. Die Auswirkungen von zu viel Kohlendioxid in der Luft waren schon früh bekannt. Bereits Bergleute waren sich möglicher Gefahren bewusst und nahmen sich zum Schutz eine Kerze mit unter Tage. Erlosch diese, war dies ein Anzeichen für ein zu hohes CO2-Level (ca. 10.000 ppm) und die Kumpel wussten, dass sie sich in Lebensgefahr begeben würden, denn bereits diese Menge an Kohlenstoffdioxid in der Luft kann zu Bewusstlosigkeit führen. Viren, die sich unter anderem über Aerosole in der Atemluft verbreiten, können so allerdings nicht direkt eingedämmt oder gestoppt werden. Durch regelmäßiges und vor allem richtiges Lüften und dem damit verbundenen Luftaustausch verringert sich jedoch das Risiko einer Ansteckung.
CO2 ist zwar nicht das alleinige Kriterium für eine gesundheitliche Bewertung, jedoch ein wichtiger Indikator für die Gesamtsituation. Um das Risiko einer zu hohen CO2-Konzentration in der Atemluft zu minimieren, ist ein regelmäßiger Luftaustausch erforderlich, insbesondere während der kalten Jahreszeit, wenn die Fenster seltener geöffnet werden. Keime und Aerosole können sich in der warmen, schlecht belüfteten Raumluft stärker verbreiten, weshalb in Zeiten von Grippeausbrüchen und Pandemien besonders auf effektives Lüften geachtet werden sollte. Dies fördert den Luftaustausch, verringert die Verbreitung von Viren und Keimen und senkt das Ansteckungsrisiko.
Richtig lüften
- Büroräume sollten nach 60 Minuten gelüftet werden, Besprechungsräume dagegen schon nach 20 Minuten
- Die Dauer ist abhängig vom Wind und der Temperaturdifferenz zwischen innen und außen
- Sommer: bis zu 10 Minuten
- Frühling/Herbst: 5 Minuten
- Winter: 3 Minuten
- Querlüften: Fenster und gegebenenfalls Türen auf gegenüberliegenden Seiten öffnen, um für einen Durchzug zu sorgen.
- Stoßlüften: Das Fenster wird für eine kurze Zeit ganz geöffnet.
- Lieber nicht: Spaltlüften, dabei ist das Fenster dauerhaft gekippt und bringt keinen gänzlichen Durchzug, außerdem besteht die Gefahr, dass die Fenster zu lange geöffnet bleiben, wodurch die Räume auskühlen.
Sick-Building-Syndrom (SBS)
Die Ursachen und Beschwerden der Patient*innen sind zumeist unspezifisch, können also auch bei anderen Krankheitsbildern auftreten. Sie scheinen aber mit längeren Aufenthalten am Arbeitsplatz zusammenzuhängen. Diese Zusammenhänge konnten bisher jedoch nicht klar bestätigt werden.
Beim Sick-Building-Syndrom ist nicht ganz klar, ob die Einflüsse des Gebäudes wirklich zu den oben genannten Befindlichkeitsstörungen führen, denn die Bedingungen sind vergleichsweise ungenau. Genauer gesagt: Es werden zwar Schadstoffe gemessen, die Konzentration dieser liegt jedoch innerhalb tolerierbarer Werte und es konnte bisher keine Kausalität zwischen Schadstoffen und dem Phänomen SBS festgestellt werden.
Die Ursachen des Sick-Building-Syndroms können verschiedene Gründe haben. Diese können chemischer, physikalischer, biologischer oder auch psychologischer Natur sein. Diesen kann man etwa die Beleuchtung, Baumaterialien, mikrobielle Verunreinigungen, Schimmel, Staub, den Stresspegel, flüchtige organische Verbindungen und Gase, Heizungen, Klimaanlagen, etc. unterordnen. Aber auch mangelhafte Qualität der Raumluft, ungenügender Luftaustausch, sprich eine zu hohe Konzentration von CO2 in den Innenräumen, wie auch das Raumklima im Allgemeinen können mögliche Gründe für ein auftretendes Sick-Building-Syndrom sein.
Für eine Verbesserung der Raumluftqualität, bezogen auf die Verbesserung der CO2-Konzentration in den Innenräumen empfehlen sich unter anderem folgende leicht umzusetzende Maßnahmen:
- regelmäßiges und ausreichendes Lüften, mehrmals täglich Querlüftung
- Raumpflegeprodukte, vor allem mit Duftstoffen, sparsam verwenden
- Laserdrucker- und Kopierer zentral, in belüfteten Räumen aufstellen
- Türen bestenfalls geöffnet halten, Zugluft aber vermeiden
- Zimmerpflanzen aufstellen, Keimbelastung dadurch aber nicht ausgeschlossen
Mögliche Anzeichen des Sick Building-Syndroms sind:
- Reizungen von Augen, Nase und Rachen
- Dauerschnupfen
- Hautirritationen
- Husten
- Schwindel
- Kopfschmerzen
- Unspezifische Reaktionen wie Überempfindlichkeit
- Allergieähnliche Zustände
Luftqualität in Schulgebäuden und Klassenräumen
Die Folgen von zu viel Kohlenstoffdioxid in den Innenräumen des Schulgebäudes sind verminderte Konzentrationsfähigkeit und Müdigkeit der Schüler*innen, bis hin zu höheren Fehlzeiten. Ein Anstieg von 1.300 - 1.400 ppm pro Unterrichtsstunde kann zu einem Anstieg von Fehlzeiten zwischen 10 - 20 % führen, da sowohl Befindlichkeitsstörungen auftreten aber ebenso ein höheres Risiko von Ansteckung besteht. Die CO2-Konzentration steht zudem in Abhängigkeit zum Alter der Schüler*innen. Ältere Jahrgangsstufen empfinden die Situation zumeist als noch schlechter als jüngere Schüler*innen.
In den über 40.000 Schulen in Deutschland wurden vor einigen Jahren vereinzelt Kohlenstoffdioxidmessungen und Analysen durchgeführt, die in den meisten Fällen eher unbefriedigend ausfielen. In München und Umgebung lag die CO2-Konzentration während 82 % der Unterrichtszeit bei über 1.000 ppm. Der Höchstwert, welcher während der Heizperiode gemessen wurde, lag bei 5.359 ppm. In Berlin führte die CO2-Überwachung zu ähnlichen Ergebnissen, hier lagen die Überschreitungen eines angemessenen CO2-Levels bei 80 %, der Spitzenwert, welcher ebenfalls in der Heizperiode gemessen wurde, lag bei 6.000 ppm. Auch in Erfurt fanden Messungen von Kohlendioxid in Klassenräumen statt, welche 86 % Überschreitungen und einen Höchstwert von 4.998 ppm aufzeichneten.
Problematisch ist die Tatsache, dass die Ergebnisse der Menge an CO2 in der Luft schlechter sind, je neuer oder besser renoviert ein Gebäude ist. Denn ein neues oder neu renovierte Gebäude sind zwar besser isoliert und erfüllen die energetischen Vorgaben, lassen jedoch weniger Zugluft durchdringen und haben dichtere Fenster, die besser schließen. Außerdem werden die Fenster zur Sicherheit oftmals so gebaut, dass sie sich nicht oder nicht ganz öffnen lassen und lediglich Kipplüftung möglich ist, damit niemand hinausstürzen kann. Einen wirkungsvollen Luftaustausch, der den CO2-Gehalt der Luft senkt und somit die Innenraumluftqualität verbessert, kann man damit nicht erreichen. Als Vorbild für die Überwachung von CO2 und der somit eng verbundenen Verbesserung der Qualität der Raumluft gilt Skandinavien. Dort wurden bereits alle Schulen mit Lüftungsanlagen ausgestattet, die die CO2-Konzentration in den Gebäuden messen und für einen angemessenen Luftaustausch sorgen.
Richtlinien für die CO2 Konzentration in der Raumluft
Andere Länder, andere Sitten, andere Raumluftrichtlinien.
Überwachung von CO2 in Räumen und Gebäuden
Es geht auch einfacher, vor allem aber auch kostengünstiger und rentabler: Verschiedene Messgeräte wie Datenlogger sind handlich und lassen sich oft ganz einfach wie ein Thermometer an einer Wand befestigen. Sie messen verschiedene Parameter in der Raumluft, wie zum Beispiel CO2 aber auch Temperatur und Luftfeuchtigkeit kontinuierlich, schlagen gegebenenfalls Alarm, senden Benachrichtigungen per Mail oder SMS und zeigen die Qualität der Atemluft in den Gebäuden kontinuierlich an. Neueste Techniken ermöglichen das Ablesen der Messungen und die Auswertung der Daten mit mobilen Endgeräten. Die Ergebnisse und anschauliche Diagramme lassen sich bei Bedarf schnell und unkompliziert downloaden. Mit Hilfe der Messgeräte lassen sich zu hohe oder gar schädliche Konzentrationen von CO2 und anderen Faktoren in der Luft schnell erkennen und eröffnen den Personen, die sich in den Gebäuden und Räumen befinden somit die Möglichkeit zu handeln und unzureichender Raumluftqualität entsprechend entgegenzuwirken.
CO2-Datenlogger HOBO MX1102A
Autarkes Messgerät mit Display und Vor-Ort-Alarmierung
Für die Auswertung detaillierter und historischer Daten steht eine kostenlose App zur Verfügung die per Bluetooth oder USB-Anschluss mit dem CO2-Datenlogger verbunden wird.
- Messung der CO2-Konzentration zwischen 0 und 5.000 ppm
- Messung von Temperatur- und Luftfeuchtigkeit
- Optimale Genauigkeit bei geringen Wartungskosten
- Selbstkalibrierender CO2-Sensor
CO2-Sonde für hochpräzise Messungen
Messungen im Volumenprozentbereich für alle anspruchsvollen Anwendungen
Der Fühler wird mit einem Vaisala Indigo Transmitter verbunden und kann so in das Vaisala viewLinc System integriert werden.
- Messbereich von 0 bis 20 % CO2
- Intelligente Stand Alone-Sonde mit analogen (V, mA) und digitalen (RS485) Ausgängen
- Beheizter Sensorkopf zur Vermeidung von Kondensation
- Gehäuse mit Schutzklasse IP65
