Raumluftqualität CO2 – Grenzwert

Die Lüftung und die Heizung sind die wichtigsten haustechnischen Anlagen, um eine gute Raumluftqualität und ein behagliches Wohnklima in einer Wohnung oder in einem Haus sicherzustellen. Der Lüftung ist besondere Aufmerksamkeit zu widmen. Vor über 140 Jahren setzte Max von Pettenkofer mit seinen Untersuchungen zur Innenluftqualität einen Meilenstein in der Geschichte der Raumlufthygiene. Seine Untersuchungen an Hand der Kohlendioxidkonzentration der Raumluft zeigten, dass das Befinden des Menschen entscheidend vom CO2 – Gehalt der Luft abhängt. Bei einer Konzentration unter 0,1% (1000ppm, Parts per Million) fühlten sich die Versuchspersonen wohl, bei Werten über 0,2% unbehaglich. Diese Erkenntnisse haben noch heute in Regelwerken wie der DIN 1946-2 (Raumlufttechnik; Gesundheitstechnische Anforderungen) Gültigkeit. Die DIN 1946-2 gibt als oberen CO2 – Grenzwert 1500 ppm an, empfiehlt aber den Pettenkofer – Wert von 1000 ppm. Die Luftqualität ergibt sich jedoch nicht alleine aus der Belastung durch CO2. Auch andere Stoffe belasten die Luft. Dazu gehören:
Stickoxide, Kohlenwasserstoffe, Aldehyde, Lösungsmittel aus Materialien und Baustoffen, Wasserdampf aus Atmung und Transpiration des Menschen, Kochen, Duschen, Waschen, Abbauprodukte organischer Materialien, menschliche, tierische und pflanzliche Geruchsstoffe , Aerosole; organische und anorganische Stäube wie Textilfasern und Pollen Viren, Bakterien, Pilze und Pilzsporen.
Pettenkofer erkannte, dass die CO2- Konzentration stark mit der Geruchsbelästigung durch menschliche Geruchsstoffe korreliert. Mit der Einhaltung der CO2- Grenzkonzentration ist die gute Qualität der Raumluft auch durch eine geringe Belastung durch andere Stoffe gewährleistet.
Zur kontinuierlichen Einhaltung des CO2-Grenzwertes von 1000ppm fordert die DIN 1946-6 einen Außenluftvolumenstrom von 30m³/h pro Person. Für den nach DIN 1946-2 höheren, wenn auch nicht empfohlenen CO2- Grenzwert von 1500 ppm genügt ein Außenluftvolumenstrom von 20m³/h. Die Anforderung, einen solchen Volumenstrom zu gewährleisten und damit die Behaglichkeit und das Wohlbefinden der Bewohner zu garantieren, kann nur über eine kontrollierte Lüftungsanlage eingehalten werden. Gelegentliches Lüften reicht bei heutigem Baustandard unter hohen Dichtheit der Gebäudehülle (oft nach Austausch alter Fenster gegen neue mit umlaufender Gummilippendichtung) nicht aus. Auch gekippte Fenster können den erforderlichen Luftwechsel nicht erzielen.

Kohlendioxid CO2

CO2 wird bei der Atmung abgegeben und entsteht nahezu bei jeder Verbrennung; zu hohe Konzentrationen führen zu Ermüdungserscheinungen und Konzentrationsschwierigkeiten. Als Obergrenze gilt eine CO2- Konzentration von 0,1% (nach Pettenkofer). Die CO2- Abgabe von Erwachsenen liegt in Abhängigkeit von der Aktivität bei 10 bis 75 Litern pro Stunde. Der dadurch erforderliche Luftwechsel beträgt 1 bis 0,5 bei einem typischen 4- Personenhaushalt und einer Wohnfläche von 74m².

CO2-Maßstab nach Pettenkofer

Kohlendioxyd (CO2) ist ein farb- und geruchloses Gas, das der Mensch mit einer Rate von 10 bis 70 Liter pro Stunde produziert (Reck95). Die CO2 Konzentration der Außenluft liegt heute bei etwa 300 ppm. In kleinen Konzentrationen ist CO2 harmlos, höhere Konzentrationen können jedoch zu Lähmungserscheinungen oder gar zum Tod führen. Da der Mensch neben CO2 eine Reihe weiterer, die Luftqualität verschlechternder Stoffe produziert, eignet es sich als Vergleichsmaß zu Bestimmung der Luftqualität.
Pettenkofer schlug bereits 1858 einen Grenzwert von 1000 ppm für die Luft in Aufenthaltsräumen vor (Pettenkofer – Wert, (Pet 58)). Dieser Wert wurde in einschlägige Normen wie z. B. (DIN 1946) aufgenommen.

Messung der Luftqualität über Mischgassensoren

Die Gesamtheit aller Luftqualitätsmerkmale mit online-fähigen Sensoren zu erfassen, ist bisher sehr aufwendig. Bei den meisten mess- und regelungstechnischen Aufgabenstellungen ist es ausreichend, sich auf die Messung repräsentativer Einzel- oder Mischgase zu beschränken. Dieser Kostenprämisse Rechnung tragend, haben sich in den letzten Jahren vor allem zwei Sensortypen zu Messung der Luftqualität durchgesetzt. Dies sind CO2 und sogenannte Mischgassensoren.
Mischgassensoren arbeiten über das Oxidationsprinzip und können daher ausschließlich oxidierbare Gase detektieren. Dadurch eignen sie sich besonders gut zur Messung von Körpergerüchen, Tabakrauch, Essensgerüchen, Ausdünstungen von Möbeln, Teppichen, Farben usw. Allerdings werden die Stoffe unterschiedlich gut detektiert, so dass vom Ausgangssignal des Sensors weder auf einen bestimmten Stoff noch auf dessen Konzentration geschlossen werden kann (vgl. Abb. 2.4-3). Eine Kalibrierung nach guter und schlechter Luft muss somit individuell erfolgen. Trotzdem werden Mischgassensoren immer häufiger in Luftüngssteuerungen eingesetzt, u. a. wegen des preislichen Vorteils gegenüber CO2- Sensoren.