Innenkohlendioxid

Kohlendioxid (CO₂) ist ein unsichtbares Gas, dessen Geruch von den menschlichen Sinnen nicht wahrgenommen werden kann.

Bestehend aus einem Kohlenstoffatom und zwei Sauerstoffatomen, ist CO₂ ist sehr häufig und in kleinen Mengen meist harmlos. Aber in hohen Konzentrationen kann CO₂ den Sauerstoff verdrängen und Schäden oder sogar den Tod verursachen.

Das Lüften mit Frischluft ist die wichtigste Methode zur Reduzierung von CO₂ Konzentrationen. Die CO2-Anreicherung in Innenräumen kann in vielen Räumen besonders problematisch sein, weil die Belüftung fehlt, wenn Fenster und Türen an heißen oder verschmutzten Tagen geschlossen sind.

Steigendes CO₂ Emissionen weltweit stellen ebenfalls eine Gefahr für die CO₂ Gehalt in Innenräumen, da das atmosphärische CO₂ (ein Treibhausgas) in die Innenräume gelangen kann. Seit 1990 ist der CO₂ Emissionen um fast 61 Prozent gestiegen, von etwa 20 Gigatonnen auf fast 35 Gigatonnen im Jahr 2021 (siehe Abbildung 1).¹

Abbildung 1: Globale CO2-Emissionen 1990-2021 (in Gigatonnen), mit einem Gesamtanstieg von fast 61 % seit 1990. Quelle: Internationale Energieagentur (IEA)

Obwohl CO₂ Emissionen im Jahr 2020 um fast 6 Prozent gesunken sind, weil die menschlichen Aktivitäten aufgrund der COVID-19-PandemieCO₂ Werte sind weitgehend auf das Niveau vor der Pandemie zurückgekehrt und werden voraussichtlich bis 2021 um mindestens weitere 5 % steigen.

Das Öffnen von Fenstern und Türen kann zu einer vorübergehenden Verringerung der CO₂.

Zusätzlich kann eine mechanische Belüftung dazu beitragen, die CO₂. Dies kann auch dazu beitragen, andere häufige Schadstoffe in Innenräumen wie flüchtige organische Verbindungen (VOC), Feinstaub, Viren und Bakterien durch Verdünnung zu reduzieren.

Die Überwachung von Innenraum-CO₂ ist auch entscheidend für das Verständnis des Ausmaßes der CO₂ Luftverschmutzung in einem Raum, seine Beziehung zu anderen Luftschadstoffen in diesem Raum und die Verringerung seiner gesundheitlichen Auswirkungen zu verstehen.

Lesen Sie weiter und erfahren Sie mehr über CO₂ und seine Auswirkungen auf die Innenraumluft, einschließlich:

• die häufigsten Quellen von CO in Innenräumen₂
• akzeptable bzw. ungesunde CO-Konzentrationen₂
• die Beziehung zwischen CO₂ und Luftverschmutzung
• wie man CO2 in Innenräumen wirksam überwachen und zur Verringerung des CO₂

Quellen von CO in Innenräumen₂

Die Atmung des Menschen - insbesondere die Ausatmung - ist bei weitem die häufigste Quelle von CO₂.²

Durch das Einatmen gelangt Sauerstoff (O2) in die Lunge und in den Blutkreislauf, wo die roten Blutkörperchen ihn durch den ganzen Körper transportieren, um die Körperzellen zu versorgen. Kohlendioxid entsteht als Abfallprodukt des Sauerstoffs, der von den Zellen zur Energiegewinnung für den Stoffwechsel verwendet wird. Die roten Blutkörperchen transportieren das Kohlendioxid dann zurück in die Lunge, wo es wieder in die Luft ausgeatmet wird.

Wenn die Ausatmung die wichtigste natürliche Quelle ist, wird das CO₂ Anreicherung in Innenräumen in erster Linie von zwei Faktoren ab: der Raumgröße und der Anzahl der Bewohner.

Je kleiner der Raum und je mehr Personen sich darin aufhalten, desto schneller wird CO₂ kann sich im Raum ansammeln. Dies ist einer der Gründe dafür, dass sich die Luft in überfüllten Konferenzräumen oder Klassenzimmern schon nach kurzer Zeit schal anfühlen kann und man sich schläfrig oder desorientiert fühlt.³

Andere häufige Quellen für CO in Innenräumen₂ umfassen:

• Abgase von Herdplattenflammen oder Öfen
• Rauch von Feuerstellen oder Tabakkonsum
• Fahrzeugabgase aus Garagen oder von nahe gelegenen Straßen und Autobahnen
• mit Gas oder Kerosin betriebene Heizgeräte
• organisches Material, das sich im Boden unter Gebäuden zersetzt
• CO im Freien₂ das in die Gebäude eindringt, insbesondere aus nahe gelegenen, mit fossilen Brennstoffen betriebenen Quellen wie Fabriken

Das Verständnis von Innenraum-CO₂ Werte

CO in Innenräumen₂ wird in Teilen pro Million (ppm) gemessen. Je höher der ppm-Wert, desto höher ist die Konzentration von CO₂ Anreicherung ist.

Typisches Innenraum-CO₂ liegt zwischen 400 und 1.000 ppm, kann aber in extremen Fällen auf bis zu 40.000 ppm ansteigen.⁴

Geringe, vorübergehende Erhöhungen des Innenraum-CO₂ stellen in der Regel keine große Gefahr für die menschliche Gesundheit dar. Diese kurzen Spitzen können oft durch einfaches Lüften des Raumes oder den Einsatz eines hocheffizienten mechanischen Belüftungs- und Reinigungssystems behoben werden.

Bei höheren Werten von 2.000 bis 5.000 ppm und mehr ist die CO₂ kurzfristige Symptome verursachen, die die Aufmerksamkeit und die Wahrnehmung beeinträchtigen, sowie gesundheitliche Auswirkungen bei langfristiger Exposition.

Normal: 400-1.000 ppm
Normales CO in Innenräumen₂ Konzentrationen liegen zwischen 400 und 1.000 ppm. Dies bedeutet, dass der Raum gut belüftet ist und ein ständiger Luftaustausch stattfindet.

Ein gut belüfteter Raum, der keinen nahe gelegenen Quellen von CO₂ Emissionen ausgesetzt ist, wie z. B. eine Fabrik oder eine stark befahrene Autobahn, wird im Allgemeinen eine CO₂ am unteren Ende dieser Skala. Ein Raum, der nicht ausreichend belüftet ist oder in der Nähe einer größeren CO₂ Emissionsquelle gelegen ist, kann auf dieser Skala nach oben klettern.

Bei neueren Häusern, Schulen und Bürogebäuden, die mit dichten Gebäudehüllen für eine höhere Energieeffizienz konzipiert wurden, ist die Wahrscheinlichkeit höher, dass sie hohe CO₂ Emissionen aufgrund des mangelnden Luftaustauschs mit der Außenluft. Dies ist besonders wahrscheinlich, wenn Türen und Fenster geschlossen sind oder die mechanische Belüftung und Filtertechnik unzureichend ist.⁵

Leichte Symptome: 1.000-2.000 ppm
Über 1.000 ppm, CO₂ beginnt, spürbare Symptome zu verursachen, da der Sauerstoff in der Luft durch CO2-Moleküle verdrängt wird.⁶

Häufige, aber milde Symptome, die oft durch CO₂ in diesem Bereich sind unter anderem:

• Schläfrigkeit
• Gefühl der Verstopfung
• leichte Verwirrung
• Desorientiertheit

Richtiges CO₂ Belüftung kann dazu beitragen, diese Symptome sowie andere schädliche Innenraumluftschadstoffe zu reduzieren. Infolgedessen haben einige Gesetzgeber vorgeschrieben, dass der durchschnittliche tägliche CO₂ Ziele am unteren Ende dieses Bereichs festgelegt, um eine konsequente Belüftung zu fördern.

In diesem Sinne verabschiedete die kalifornische Legislative Ende 2020 die Verordnung AB-841. Neben anderen Anforderungen für Belüftung und Filterung in Schulenwurde in diesem Gesetzentwurf eine Obergrenze für die CO₂ auf 1.100 ppm in kalifornischen Klassenzimmern fest und verpflichtete die Schulen zur Einrichtung von CO₂ Monitore einzurichten, um die Einhaltung dieses Grenzwerts zu gewährleisten.⁷

Mäßige Symptome: 2.000-5.000 ppm
Über 2.000 ppm, CO₂ kann zu gesundheitlichen und kognitiven Beeinträchtigungen führen, unter anderem:

• Kopfschmerzen
• Schläfrigkeit
• Engegefühl in der Brust
• Anstieg der Herzfrequenz
• verminderte Aufmerksamkeit
• Konzentrationsschwäche
• Übelkeit

Abbildung 2 veranschaulicht eine CO₂ Messwert in diesem Bereich zusammen mit den Messwerten für die Partikelverschmutzung in Innenräumen (in grün) und im Freien (in gelb).

Abbildung 2: CO₂ Werte von über 2.000, was auf eine mäßig hohe CO₂. Quelle: IQAir AirVisual Pro

Hohe CO₂ in diesem Bereich ist auch verbunden mit Sick-Building-Syndrom (SBS).⁸ SBS bezieht sich auf eine Reihe von Symptomen, die mit einer schlechten Luftqualität in einem Gebäude einhergehen, das nicht richtig belüftet ist. Mangelnde Belüftung kann zu einer Anhäufung von Raumluftschadstoffen wie CO₂ und anderen Schadstoffen wie Bakterien, Viren und flüchtige organische Verbindungen (VOCs).⁹

Schwere oder lebensbedrohliche Symptome: 5.000-40.000 PPM
Bei mehr als 5.000 ppm kommt es zu einer Sauerstoffverdrängung, die durch hohe CO₂ zu spürbaren und potenziell lebensbedrohlichen Symptomen, die das Risiko erhöhen:

• das Bewusstsein zu verlieren
• Verschwommenes Sehen
• Schwitzen
• Schütteln
• hohe Herzfrequenz
• Erstickung
• Tod

Bei dieser hohen Exposition kann ein Atemschutzgerät oder eine medizinische Notfallbehandlung erforderlich sein, damit eine Person genügend Sauerstoff erhält, um wieder normal atmen zu können, insbesondere nach längerer Exposition.¹⁰

Viele Aufsichtsbehörden, wie z. B. die US Occupational Safety and Health Administration (OSHA), haben strenge Grenzwerte festgelegt, um die CO₂ am Arbeitsplatz 5.000 ppm nicht übersteigt.¹¹ Häufig werden auch spezielle Probenahmeverfahren für eine genaue Überwachung vorgeschrieben.¹²

Die meisten Vorschriften behandeln CO₂ als erstickendes Gas und erlauben keine 8-Stunden-CO2-Exposition am Arbeitsplatz von mehr als 5.000 ppm. Die Nichteinhaltung kann zu Verstößen führen, die mit Geld- und sogar Gefängnisstrafen geahndet werden, wenn Personen durch CO₂ Exposition sterben.

CO₂ und Luftverschmutzung

Es gibt keine direkte Korrelation zwischen CO₂ und anderen gängigen Innenraumluftschadstoffen wie Feinstaub (PM) oder VOC.

In einigen Fällen ist Innenraum-CO₂ in Innenräumen ein Verhalten zeigen, das dem anderer Luftschadstoffe entgegengesetzt ist. So kann beispielsweise das Öffnen eines Fensters an einem verschmutzten Tag die CO₂ reduzieren, aber die PM10, PM2.5und andere Außenluftschadstoffe die in den Innenraum eindringen.

Allerdings sind Bedingungen, die zu hohen CO₂ führen, können auch die Innenraumkonzentrationen von PM oder VOC erhöhen. In einem schlecht belüfteten oder ungefilterten Raum können sowohl CO₂ und andere Luftschadstoffe in Innenräumen auf gefährliche Werte ansteigen und zu einer Vielzahl von gesundheitlichen Auswirkungen führen.¹³

In gemeinsam genutzten Büroräumen oder Klassenzimmern zum Beispiel kann das Ausatmen schnell zu CO₂ und infizierte Aerosole in den Atemwegen schnell auf ein hohes Niveau ansteigen. Auch die Verwendung gängiger Geräte wie Drucker und Kopierer kann PM2,5 und ultrafeine Partikel (UFP) erzeugen, die bei fehlender Belüftung oder Filterung über lange Zeit in der Luft bleiben.

Durch die Luft übertragene Infektionen im Zusammenhang mit VirenBakterien, und Schimmel sind in ungefilterten, ungelüfteten Räumen ebenfalls wahrscheinlicher. Biokontaminierende Aerosole, die beim Husten, Niesen, Atmen oder Sprechen entstehen, können bis zu 0,003 Mikrometer groß sein und stundenlang in der Luft verbleiben, Gebäudebewohner einer Infektion aussetzen lange nachdem die Aerosole entstanden sind.¹⁴

Wie überwacht man CO in Innenräumen?₂

CO₂ ist ein Gas und kann nicht mit den typischen Lichtstreuungs-Lasersensoren überwacht werden, die zur Messung von Feinstaub verwendet werden.

Stattdessen wird CO₂ am besten mit Sensoren gemessen werden, die Infrarotlicht (IR) verwenden, um die Anzahl der CO₂ Moleküle in der Umgebungsluft schätzen.

Das funktioniert folgendermaßen:

1. Die Umgebungsluft wird durch einen CO₂ Sensoranordnung, die aus einer IR-Lichtquelle, einer reflektierenden Gaszelle und IR-Lichtdetektoren besteht.
2. Das IR-Licht strahlt auf das CO₂ Moleküle, die die Anordnung durchdringen. Das CO₂ Moleküle absorbieren einen Großteil dieses Lichts.
3. Das restliche Licht, das nicht von den CO-Molekülen absorbiert wird₂ Moleküle nicht absorbiert wird, gelangt zu den Detektoren.
4. IR-Lichtdetektoren berechnen die Änderung der IR-Wellenlängen von dem, was von der IR-Lichtquelle erzeugt wurde, zu dem, was nach der CO₂ das IR-Licht absorbiert.
5. Die Änderung der Wellenlänge zeigt die Konzentration von CO₂an, die in einen ppm-Wert umgerechnet wird.

Ein eigenständiger CO₂ Sensor kann das Vorhandensein von erhöhtem Innenraum-CO₂ anzeigen und die grundlegenden CO₂ Überwachungsanforderungen an Arbeitsplätzen und Schulen erfüllen. Eine von der American Chemical Society veröffentlichte Studie aus dem Jahr 2021 legt nahe, dass Innenraum-CO₂ Werte in Innenräumen ein Hilfsmittel sein können, um das relative Risiko einer Exposition gegenüber infektiösen Aerosolen in einem Raum zu ermitteln.¹⁵

Allerdings sind die grundlegenden CO₂ Sensoren jedoch keine entscheidenden Daten über andere Luftschadstoffe, die die Gesundheit der Gebäudebewohner gefährden.

Ein Luftqualitätsmonitor das sowohl PM als auch CO misst₂ messen kann, liefert das nützlichste Bild der Luftqualität in Innenräumen, einschließlich der Frage, wie Belüftung und Filterung diese Schadstoffe beeinflussen. Die Messung von Temperatur und Luftfeuchtigkeit kann auch dazu beitragen, besser zu verstehen, wie die atmosphärischen Bedingungen die PM- und CO-Konzentrationen in Innenräumen beeinflussen.₂.

Das Fazit

Unterhalb von 1.000 ppm ist die CO₂ ist kein großes Problem für die Luftqualität.

Allerdings ist die Innenraum-CO₂ über 1.000 ppm kann jedoch die Konzentration und die kognitive Leistungsfähigkeit verringern und bei immer höheren Werten Schäden verursachen. Dies kann hohe Kosten für die Produktivität, die akademischen Leistungen und die Gesundheit an Arbeitsplätzen und in Klassenzimmern verursachen, wo Luftschadstoffe wie PM2,5 und luftübertragene Infektionen bereits ein großes Problem darstellen.

Die Belüftung mit frischer Außenluft ist die wichtigste Lösung zur Reduzierung der CO₂. Wenn die Außenluft verschmutzt oder das Wetter extrem ist, kann die Verwendung von mechanischer Belüftung und Filterung dazu beitragen, die CO₂ und andere Luftschadstoffe in Innenräumen zu reduzieren, die die Gesundheit und Leistungsfähigkeit der Gebäudenutzer beeinträchtigen.