Kohlendioxid ist, aufgrund seines Beitrags zum Treibhauseffekt, in zu hoher Konzentration nicht nur in der Erdatmosphäre ein unerwünschtes Gas. Während CO2 in der Atmosphäre nur indirekt Folgen für uns hat, kann ein zu hoher CO2 Gehalt, wie er häufig in unseren Wohnräumen / Schulen / Arbeitsstätten vorherrscht, für direkte Folgen für unser Wohlbefinden und sogar unsere Gesundheit sorgen.
Schon der bayerische Chemiker Max von Pettenkofer beschäftigte sich 1858 in seinem Werk
Ueber den Luftwechsel in Wohngebäuden mit den hygienischen Aspekten der CO2 Konzentration in Innenräumen. Die nach ihm benannte Pettenkoferzahl von 1000 ppm (parts per million, 1 ppm = 0.0001 %) wird noch heute häufig als CO2 Richtwert für Innenräume zitiert. Zum Vergleich: unsere Frischluft enthält ca. 400 ppm CO2, während die Luft in Klassenzimmern häufig bei über 5000 ppm liegt - aber dazu später mehr.
Die Folgen einer zu hohen CO2 Konzentration sind Studien zufolge [1, 2]:
- verminderte geistige Leistungsfähigkeit: sowohl bei akuter CO2 Exposition, als auch am nächsten Tag nach erhöhter CO2 Exposition im Schlaf
- verschlechterte Schlafqualität
- Beeinträchtigung der visuelle Wahrnehmung
- Verschlechterungen bei der Durchführung optisch-motorischer Tests
- Zunahme der Schleimhautreizungen und Beschwerden der oberen und unteren Atemwege
- Erhöhte Infektionsrate (welche in den Studien z. B. zu erhöhten Fehlzeiten von Schülern infolge von Erkrankungen führte)
- Befindlichkeitsstörungen
- Unzufriedenheit von Raumnutzern mit der Luftqualität
Es sei erwähnt, dass in einigen der Studien CO2 nicht isoliert verantwortlich gemacht werden kann für die Folgen. Vielmehr wird der CO2 Gehalt als Indikator für die Raumluftqualität interpretiert, da der vom Menschen verursachte CO2 Ausstoß immer einhergeht mit Temperaturveränderungen, Luftfeuchtigkeitsänderungen und organischen Ausdünstungen.
Nach Sichtung der Studienlage im Jahre 2008 hält die
Ad-hoc-Arbeitsgruppe Innenraumrichtwerte der Innenraumluft-hygiene-Kommission des Umweltbundesamtes und der Obersten Landesgesundheitsbehörden einen CO2 Gehalt von unter 1000 ppm für
hygienisch unbedenklich [1]. Werte zwischen 1000 und 2000 ppm werden als
hygienisch auffällig eingestuft, und Werte über 2000 ppm seien
hygienisch inakzeptabel.
Die Richtwerte sind schnell überschritten
Leider sind in unseren Räumen höhere Konzentrationen von CO2 gang und gäbe, und dies umsomehr in Neubauten, die immer höhere energetische Standards erfüllen, aber dadurch gleichzeitig immer dichter werden und keinen natürlichen Luftwechsel erlauben (EnEV 2016 lässt grüßen!). Dies ist energetisch gewünscht, denn je weniger kostbar aufgeheizte Raumluft direkt entweicht desto weniger Energie geht verloren.
Man kann leicht nachrechnen, wie sich der CO2 Gehalt in einem Innenraum über die Zeit entwickelt. Der Mensch stößt im Durchschnitt in Ruhe einen Volumenstrom von $\dot{V}_{\text{Atemluft}} = 7.5 \frac{l}{\text{min}}$ als Atemluft aus. Diese hat einen CO2 Gehalt von $c_{\text{Atemluft}} = 4 \%$. Demnach stoßen $n$ Personen ein Volumen von $V_{\text{Atemluft}}(t) = n \cdot \dot{V}_{\text{Atemluft}} \cdot t$ aus. Das Frischluftvolumen ergibt sich zu $V_{\text{Frischluft}}(t) = V - V_{\text{Atemluft}}(t)$. Der CO2 Gehalt in einem Raum mit Volumen $V$ ist schließlich
$$c(t) =
\frac{V_{\text{Frischluft}}(t) \cdot c_{\text{Frischluft}}
+ V_{\text{Atemluft}}(t) \cdot c_{\text{Atemluft}}}{V} . $$
Wir betrachten nun exemplarisch ein normales Schlafzimmer mit 14 m² Fläche, ein großes Schlafzimmer mit 32 m² Fläche, ein normales Einfamilienhaus mit 188 m² Geschossfläche (der Keller ist bei der Geschossfläche dabei) und ein großes Einfamilienhaus mit 432 m² Geschossfläche. In den Schlafzimmern gehen wir von 2 Personen aus, im Haus von 4 Personen. Der CO2 Gehalt entwickelt sich wie folgt, unter der Annahme, dass keinerlei frische Luft nachströmt:
Man sieht, dass wir im kleinen Schlafzimmer schon nach weniger als einer Stunde über den empfohlenen Richtwert von 1000 ppm kommen. Würde man die Schlafzimmertüren offen lassen, und sich das CO2 über ein großes Haus komplett verteilen können, so würde der Richtwert über die Nacht gerade so noch eingehalten.
Natürlich gibt es in der Realität einen gewissen Luftaustausch zumindest durch die Zimmertüre, allerdings dürfte der Effekt nicht sonderlich groß sein. Messungen zeigen, dass unsere theoretischen Überlegungen recht gut zutreffen [3]. Ich werde bei Gelegenheit auch noch eigene Messungen nachreichen.
Fazit
In einem Neubau wird es keinen erholsamen Schlaf geben, wenn sowohl Türe als auch Fenster geschlossen sind. Viele Menschen in Deutschland schlafen tatsächlich auch im Winter gerne mit gekipptem Fenster, was aber sowohl aus energetischer als auch hygienischer Sicht zweifelhaft ist: die Wände kühlen in Fensternähe aus, Wasser kondensiert leichter an kühlen Stellen und Schimmel ist vorprogrammiert. Offene Türen können je nach Hausgröße das CO2 Problem lindern bzw. ganz beseitigen, sind aber auch nicht jedermanns Sache, besonders wenn noch Kinder oder andere Personen im Haus wohnen.
Man wird also nicht darum herumkommen, sich über irgendeine Art von Lüftungskonzept Gedanken zu machen. Dazu mehr in einem der folgenden Artikel!
Wärmedurchgang und Hausbau sind komplexe Themen – ebenso wie akademisches Schreiben. doktorarbeit schreiben lassen unterstützt dabei, technische Inhalte verständlich und wissenschaftlich korrekt zu formulieren. Ideal für Studierende mit technischem Schwerpunkt.
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