Überwachung der Luftqualität in Räumen

Überwachung der Luftqualität in Räumen ist gegenwärtig eine der Forschungsrichtungen, die für die Entwicklung des Bauwesens und insbesondere die Konstruktion von ,,passiven und gesunden Gebäuden” von Bedeutung ist. Die Überwachung und Kontrolle von Temperatur, Feuchtigkeit und Kohlendioxid-Konzentration in Räumen entscheidet über den Komfort ihrer Benutzung und hat einen positiven Einfluss auf unsere Gesundheit.

Die wichtigsten Parameter, die über die Luftqualität entscheiden

Unser thermischer Komfort ist in hohem Maße abhängig von:

• Lufttemperatur und selbst kleine Änderungen dieser können sehr stark spürbar sein. Gleichzeitig ist die Kontrolle und Aufrechterhaltung der Temperatur auf dem optimalen Niveau (18 – 22°C) sehr kostspielig und wird vom Energieverbrauch des Gebäudes bestimmt.

• relativer Luftfeuchte, die den Gehalt an Wasserdampf in der Luft bezeichnet und in einem Bereich zwischen 40 und 60 % liegen sollte. Sie ist kein kritischer und so streng kontrollierter Parameter, wie die Temperatur. Werte, die deutlich vom optimalen Bereich abweichen, führen jedoch zu deutlichem Unwohlsein. Die Kontrolle der Luftfeuchtigkeit erfolgt meistens durch die Zirkulationstrocknung der Luft in Klimaanlagen.

• Luftzusammensetzung, die durch die Mischung der atmosphärischen Gase bestimmt wird. Die größte bio-physikalische Bedeutung hat der Sauerstoff- und Kohlendioxid-Gehalt. Die Konzentration dieser zwei Gase kann sich in Räumen aufgrund ihrer Teilnahme an Stoffwechsel-, chemischen und biochemischen Prozessen sehr rasch ändern. Änderungen der CO₂ Konzentration in der eingeatmeten Luft haben einen größeren Einfluss auf den menschlichen Organismus, als vergleichbare Änderungen des Sauerstoffgehalts. Deshalb ist auch der grundlegende Bestandteil der Überwachung der Luftzusammensetzung die Kontrolle der Kohlendioxid-Konzentration.

Notwendigkeit der CO₂ Überwachung in der Luft

Die Notwendigkeit der Überwachung der Luftqualität und insbesondere die Analyse des Kohlendioxid-Gehalts in Räumen ist von besonderer Bedeutung im Kontext von dreier Kategorien von:

• physischen,
• ökonomischen,
• gesundheitlichen Faktoren.

Die Aufrechterhaltung der optimalen Luftqualität und Reduzierung der CO₂ Konzentration bedarf einer ständigen Lüftung des Gebäudes. Intensive Lüftung führt zu einer erhöhten Emission von Wärme außerhalb des Gebäudes. Gleichzeitig sind die physikalischen Bedingungen mit einer Beschränkung des Energieverbrauchs durch die Reduzierung der Wärmeemission außerhalb des Gebäudes verbunden.

Ökonomische Aspekte sind unmittelbar mit den Lüftungskosten für die Aufrechterhaltung der CO₂ Konzentration auf zulässigem Pegel verbunden.

Gesundheitliche Aspekte beziehen sich vor allem auf die ungünstige Reaktion des menschlichen Körpers auf einen erhöhten Kohlendioxid-Gehalt in der eingeatmeten Luft.

Eine erhöhte CO₂ Konzentration führt zur Reduzierung der Konzentrationsfähigkeit und zu Schläfrigkeit. Wenn die Kohlendioxid-Konzentration einen vergleichbaren Wert zur Sauerstoffkonzentration in der Luft erreicht (ca. 20 %), kann sie eine Lebensgefahr verursachen. Die Aufrechterhaltung der optimalen Werte der Kohlendioxid-Konzentration trägt also indirekt zur Steigerung unserer Arbeitsleistung bei und reduziert das Risiko von Krankheitssymptomen, die durch die Aussetzung gegenüber hohen CO₂ Konzentrationen entstehen.

Rechtliche Regelungen bezüglich der CO₂ Konzentration in Räumen

In den hoch entwickelten Ländern Nordamerikas und Europas wird hoher Wert auf alle drei Kategorien der oben genannten Faktoren gelegt. In diesen Regionen der Welt wurden Normen eingeführt, die die Luftqualität sowie die Empfehlungen bezüglich der CO₂ Konzentration in Räumen regeln.

Geltende Normen bezüglich der Lüftung sind:

• ASHRAE 62.1-2013 in den Vereinigten Staaten
• EN-15251:2012, EN-15241:2011, EN-15242:2009 und EN-13779:2008 in Europa.

Diese haben die Erzielung einer akzeptierbaren Luftqualität in Räumen zum Ziel.

In Polen galten bis 2015 die Normen: PN-83/B-03430 und PN-83/B-03430/Az3:2000, die durch die zuvor genannten europäischen Regelungen ersetzt wurden.

Alle erwähnten Normierungsdokumente geben auf ähnliche Weise die Lüftungsintensität in Abhängigkeit von der Anzahl der Personen, vom Typ und der Kubatur des Raums an. Die gegenwärtig empfohlene Lüftungsintensität, die den Luftaustausch erzwingt, beträgt zwischen 15 und fast 40 m3/h pro Person. Rechtliche Regelungen beziehen sich auch auf die Grenzen der CO₂ Konzentrationen, die ungünstig oder gefährlich für die Gesundheit sind.

Einfluss des CO₂ Gehalts auf unsere Gesundheit

Man darf nicht vergessen, dass es bei hohen Kohlendioxid-Konzentrationen in der Luft, die Werte über 20 % annimmt, im kritischen Fall zum Tode kommen kann. In dem Bereich, der zu den mittleren Konzentrationen gehört, treten meistens Schläfrigkeit und eingeschränkte Konzentrationsfähigkeit auf. Eine Erhöhung der CO₂ über 1000 ppm in der eingeatmeten Luft ruft nicht nur den Verlust der Konzentrationsfähigkeit und Schläfrigkeit hervor, sondern auch eine erhöhte Atemfrequenz, Atemnot und Herzrasen.

In der Tabelle werden die Konzentrationen der Kohlendioxid-Konzentration in der eingeatmeten Luft und deren Einfluss auf den menschlichen Organismus zusammengestellt.

Charakteristische Niveaus der CO₂ Konzentration und deren Einfluss auf den menschlichen Organismus

*typischer Wert der CO₂ Konzentration in der eingeatmeten Luft

Änderungsgeschwindigkeit der CO₂ Konzentration

Eine erhöhte CO₂ Konzentration kann sehr schnell in öffentlichen Räumen auftreten, in denen sich viele Leute gleichzeitig aufhalten. Dies folgt aus der Tatsache, dass der Kohlendioxid-Gehalt in der ausgeatmeten Luft bei geringer körperlicher Ansrengung bis zu 5000 ppm beträgt.

Theoretisch ist ein Mensch in einem geschlossenen und ungelüfteten Raum mit einer Fläche von 20 m3 imstande, während eines 8-stündigen Schlafs die Kohlendioxid-Konzentration von 350 ppm auf etwa 6000 ppm zu steigern.

Somit kann sich also die Kohlendioxid-Konzentration sehr schnell ändern und deshalb ist die Messung der Luftparameter so wichtig, mit besonderem Schwerpunkt auf die CO₂ Konzentration.

Die Verbesserung der Luftqualität durch die gewöhnliche Lüftung steht im Widerspruch zu den verschiedenen wichtigen Richtlinien bezüglich der Steigerung der Wärmedämmung von Gebäuden und Reduzierung des Energieverbrauchs. In Verbindung damit ist die Frage der Überwachung des CO₂ Pegels, der Feuchtigkeit und Lufttemperatur gegenwärtig die Grundlage im Prozess der Optimierung von Heiz- sowie Lüftungs- und Klimasystemen in Objekten.

Verbindung der Lüftungssteuerung mit der Luftüberwachung

Durch die Beachtung des CO2 Pegels kann man deutlich effektiver die Wärmebilanz von Räumen und Gebäuden verwalten und gleichzeitig den entsprechenden Benutzerkomfort aufrechterhalten. Zu Hilfe kommt dabei eine der Überwachung der Luftqualität und Steuerung der Lüftung gewidmete Lösung, wie AXIOMET AX-CO2-1. Dies ist ein digitales Überwachungs- und Aufzeichnungssystem mit Mess-Funktionen für Temperatur, relative Luftfeuchte und CO₂ Konzentration.

Das Geräte wurde mit einem Zwei-Zustands-Ausgang ausgestattet, dessen Zustand durch die vom Benutzer programmierten Alarmpegel ausgelöst wird. Dies ermöglicht somit die Anwendung eines einfachen Reglersystems vom Typ Ein-/Ausschalten im System der erzwungenen Lüftung.

Zusammenfassung

Die Themen der Überwachung und Kontrolle des Mikroklimas in geschlossenen Räumen sollte in enger Verbindung mit der Frage der Verbesserung der Funktionalität von Gebäuden und Reduzierung ihres Energieverbrauchs erörtert werden. Einerseits spielen die ökonomischen Betriebsbedingungen von Objekten eine Rolle, andererseits gesundheitliche Aspekte.