Themenüberblick
CO2 – Kohlenstoffdioxid in der Luft
Katja Eberstein
4 min Lesezeit
aktualisiert 05.12.2022
Kohlenstoffdioxid – über dieses Wort ist jeder schon einmal gestolpert. Nicht selten wird es im Zusammenhang mit den Themen Klimawandel oder Treibhauseffekt genannt. Doch was genau ist eigentlich Kohlenstoffdioxid und welche gesundheitlichen Auswirkungen kann es auf den menschlichen Körper haben?
Diese Fragen haben wir für Sie in diesem Artikel ausführlich beantwortet.
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Was ist CO2 - Kohlenstoffdioxid?
Kohlenstoffdioxid, auch Kohlendioxid oder CO2 genannt, ist ein farbloses, nicht brennbares und geruchloses Gas, das neben Stickstoff, Sauerstoff und den sogenannten Edelgasen die natürlichen Bestandteile der Atmosphäre bildet.
Das Spurengas macht nur etwa 0,038 Prozent der Luft aus. Trotz dieser geringen Konzentration ist Kohlenstoffdioxid für das Leben auf der Erde von elementarer Bedeutung: Pflanzen nehmen den für sie lebensnotwendigen Stoff während der Photosynthese auf und geben Sauerstoff ab, welcher während der Atmung vieler Lebewesen benötigt wird. Das Gas ermöglicht so das Leben auf der Erde.
Wussten Sie schon?
CO2 ist dabei die chemische Summenformel für das Gas Kohlenstoffdioxid. Das Molekül besteht aus einem Kohlenstoff- und zwei Sauerstoffteilchen.
Zudem ist CO2 das wichtigste und bekannteste Treibhausgas. Diese absorbieren einen Teil der von der Erde in das Weltall abgegebenen Wärme und strahlen diese wieder zurück auf die Erde – damit wird die Oberfläche bei uns zusätzlich erwärmt. Da der Mensch seit Beginn der Industrialisierung durch die Verbrennung fossiler Energieträger immer mehr Kohlenstoffdioxid freisetzte, verstärkt sich dieser sogenannte Treibhauseffekt. Immer weniger der abgestrahlten Wärme entweicht ins Weltall und so steigt die Grundtemperatur auf der Welt.
Information:
Vor der industriellen Revolution war die Konzentration von CO2 deutlich geringer als heute und lag bei etwa 0,028 %.
Bildquelle: Umweltbundesamt
Neben dem negativen Effekt der Erderwärmung kann eine zu hohe Kohlenstoffdioxid-Konzentration außerdem zu gesundheitlichen Beeinträchtigungen führen, wie z.B. Kopfschmerzen und Unwohlsein, wenn es von Lebewesen in hohen Konzentrationen mit der Raumluft eingeatmet wird.
Demnach handelt es sich bei dem Spurengas aus der Atmosphäre um einen zwiegespaltenen Stoff. Zum einen ist CO2 essenziell für das Leben auf der Erde und wird von jedem lebenden Organismus – direkt oder indirekt – benötigt. Auf der anderen Seite kann eine unausgewogene Kohlendioxid-Konzentration auch gefährlich bzw. tödlich werden.
Exkurs: CO2 als Indikator für die Raumluftqualität
Weil Kohlenstoffdioxid einfach in der Raumluft gemessen werden kann, wird das Gas als allgemeiner Indikator für Raumluftqualität verwendet. CO2 ist zwar nicht das einzige Element, welches Auswirkungen auf die Luftqualität hat, allerdings gilt es als guter Anhaltspunkt für die Gesamtsituation. Weitere Kriterien können die sogenannten VOC sein (Schadstoffkonzentration in der Luft).
Weil Kohlenstoffdioxid einfach in der Raumluft gemessen werden kann, wird das Gas als allgemeiner Indikator für Raumluftqualität verwendet. CO2 ist zwar nicht das einzige Element, welches Auswirkungen auf die Luftqualität hat, allerdings gilt es als guter Anhaltspunkt für die Gesamtsituation. Weitere Kriterien können die sogenannten VOC sein (Schadstoffkonzentration in der Luft).
Wie gelangt CO2 - Kohlenstoffdioxid in die Raumluft?
Kohlenstoffdioxid kommt in größeren Mengen natürlich in der Erdatmosphäre vor. Grundsätzlich lässt sich zwischen natürlichem und zusätzlichem Kohlenstoffdioxid unterscheiden.
Natürliches Kohlendioxid entsteht bei den folgenden Prozessen:
→ Nebenprodukt der Zellatmung vieler Lebewesen, z.B. Atmung von Menschen und Tieren
→ Zerfall toter Organismen
→ Reifung von Obst und Gemüse
→ Natürliche CO2-Quellen, wie beispielsweise Vulkangase
Wussten Sie schon?
Eine Person atmet im Schnitt ca. 15-20 Liter Luft pro Stunde aus. Jeder Atemzug enthält etwa 30.000 ppm Kohlenstoffdioxid. Pro Tag summiert sich so der Ausstoß von Kohlenstoffdioxid einer einzigen Person auf die Menge, die ein Kleinwagen auf einer Strecke von zehn Kilometern ausstößt.
„Zusätzliches“ Kohlenstoffdioxid entsteht bei der Verbrennung kohlenstoffhaltiger Energieträger wie etwa Holz, Kohle, Gas oder Öl durch den Menschen.
Einmal in die Atmosphäre freigesetzt, baut sich Kohlendioxid im Gegensatz zu anderen Substanzen nicht von selbst ab. In dem sogenannten Kohlenstoffkreislauf wird stattdessen das freigesetzte CO2 entweder physikalisch in "CO2-Senken" (z. B. Gewässern) gespeichert oder von Grünpflanzen zersetzt und bei der Photosynthese in Sauerstoff umgewandelt.
Dadurch ist Kohlenstoffdioxid ein ständiger Bestandteil unserer Umgebungsluft und kommt als Teil der Atemluft nicht nur im Freien vor, sondern auch in Innenräumen. Durch Türen, Fenster und die Gebäudehülle gelangt das Gas in unser Heim. Zusätzlich wird durch das Wohnen selbst, im Inneren des Gebäudes permanent Kohlenstoffdioxid produziert. Damit umgibt es uns ständig und hat direkte Auswirkungen auf das menschliche Wohlbefinden.
Wo liegt der ppm-Grenzwert für CO2 - Kohlenstoffdioxid?
Es ist wichtig, die Kohlenstoffdioxid-Werte regelmäßig zu überwachen und zu kontrollieren, weil sie ein ausschlaggebender Faktor für die Energieeffizienz Ihrer Immobilie, die Sicherheit aber vor allem für die menschliche Gesundheit sind. Denn: als Bestandteil der Atemluft umgibt uns das Spurengas das ganze Leben.
Im Allgemeinen gilt, dass CO2 direkt mit der Qualität unserer Raumluft zusammenhängt. Während sich das Kohlendioxid, welches wir ausatmen, im Freien schnell verdünnt und so keine gesundheitliche Gefahr für Mensch und Tier darstellt, erfolgt im Innenraum nur ein geringer Verdünnungseffekt mit der Umgebungsluft.
Je nach Anzahl der Personen im Gebäude kann die Raumluftqualität so entscheidend und schnell abnehmen. Beispielsweise kann in einem 3,5 - 4 m³ großen geschlossenen Zimmer mit einer einzigen Person der CO2-Gehalt in nur 45 Minuten von 500 ppm auf über 1000 ppm ansteigen.
Information:
Die CO2-Konzentration in der Luft wird in parts per million (Anteile pro Million), kurz ppm, oder in Prozent (%) angegeben.
In Deutschland gibt es jedoch keine festgelegten, rechtsverbindlichen Regelungen für einen maximalen CO2-Wert in Innenräumen. Dafür existieren aber verschiedene Orientierungswerte. Allgemein können folgende Qualitätsstufen unterschieden werden:
CO2 Gehalt im ppm von 400 - 800
CO2 in % | Beschreibung | Empfehlungen |
| 0,04 - 0,08 % | Normalwert in der Außenluft | keine weiteren Maßnahmen |
CO2 Gehalt im ppm von 800 - 1.000
CO2 in % | Beschreibung | Empfehlungen |
| 0,08 - 0,1 % | Normalwert in Innenräumen | keine weiteren Maßnahmen, wenn die Konzentration durchgehend < 1.000 ppm |
CO2 Gehalt im ppm von 1.000 - 1.400
CO2 in % | Beschreibung | Empfehlungen |
| 0,1 - 0,14 % | Erhöhte Werte im Innenraum | Lüftungsverhalten überprüfen und verbessern und Lüftungsplan erstellen |
CO2 Gehalt im ppm von 1.400 – 2.000
CO2 in % | Beschreibung | Empfehlungen |
| 0,14 - 0,2 % | Problematischer Wert | Lüftungsmaßnahme einführen (z.B. Querlüftung) |
CO2 Gehalt im ppm von > 2.000
CO2 in % | Beschreibung | Empfehlungen |
| > 0,2 % | Hygienisch inakzeptabler Wert | Weitergehende Maßnahmen erforderlich (z.B. Installation einer Lüftungsanlage, Reduzierung der Personenzahl)
|
Um die angegebenen Werte erreichen zu können, ist ein regelmäßiger Luftaustausch mit der Außenluft notwendig, damit sich das ausgeatmete CO2 verdünnen kann. Das Ziel sollte dabei sein, einen CO2-Wert von unter 1.000 ppm zu erreichen. 1.400 ppm ist die obere Grenze für akzeptable Raumluft.
Diese Werte sind bei den heutigen Baustandards und der hohen Dichte der Gebäudehüllen häufig nicht mehr erreichbar. Es müsste alle ein bis zwei Stunden aktiv gelüftet werden, damit das überschüssige CO2 abtransportiert werden könnte. Gute Raumluftqualität kann in diesen Fällen nur über eine Lüftungsanlage garantiert werden, die von einem CO2-Sensor gesteuert wird.
Bildquelle: Komfortlüftung
Welche Gebäude sind besonders von CO2 in der Raumluft betroffen?
Ob Ihr Gebäude anfällig für eine erhöhte CO2-Konzentration in Innenraum ist, hängt von verschiedenen Faktoren ab:
Standort: Je nachdem, wo Ihre Immobilie errichtet wurde, ist die CO2-Konzentration in der Umgebungsluft unterschiedlich hoch. Heute werden beispielsweise in ländlichen Gebieten etwa 350 ppm, in kleinen Städten 375 ppm und in Städtezentren bis zu 440 ppm gemessen. Dabei ist der Gehalt von Kohlenstoffdioxid in der Luft auch immer abhängig von der Tages- und Jahreszeit.
Renovierungsstandard: In modernen Gebäuden kann die CO2-Konzentration im Wohnraum schneller ansteigen, weil die Wohneinheiten umfassender gedämmt werden. Dadurch sollen Heizkosten gespart und die energetischen Vorgaben der Bundesregierung erfüllt werden. Leider verhindert die Isolierung einen Luftaustausch durch die Gebäudehülle oder über weit geöffnete Fenster (lediglich Kipplüftung möglich) und mehr CO2 kann sich im Innenraum anlagern.
Raumnutzung: Anzahl & Aktivität der Personen im Raum, Raumgröße, Dauer des Aufenthalts, Belüftungssituation, eventuelle Verbrennungs- oder Gärungsvorgänge im Innenraum
Luftbude Lüftungsshop - Neutrale Beratung zum Thema Wohnraumlüftung
Welche Folgen hat eine hohe CO2-Konzentration von Kohlenstoffdioxid?
Eine erhöhte CO2-Konzentration in der Umgebungsluft kann zu gesundheitlichen Beeinträchtigungen führen.
Dabei nehmen die meisten Menschen hohe Kohlenstoffdioxid-Werte in der Atemluft erst spät bewusst wahr, da das Gas geruchs- und farblos ist. Beschwerden wie Unwohlsein und Konzentrationsschwäche treten deshalb bereits auf, lange bevor die „schlechte Luft“ aktiv erkannt wird.
Im Allgemeinen entstehen alle schädlichen Auswirkungen im menschlichen Körper, weil ein hoher Gehalt an CO2 in der Atemluft die Aufnahme von Sauerstoff behindert. Der Organismus braucht dieses elementare Molekül, um seine Organe damit zu versorgen und Vorgänge wie die Zellerneuerung durchführen zu können.
Deshalb können entsprechende Folgen entstehen, wenn der Kohlendioxidgehalt in Ihrer Raumluft zu hoch ist:
ab 1.500 ppm
Schläfrigkeit, Unaufmerksamkeit, Verringerung der Konzentration oder Kopfschmerzen
2.000 ppm
Erhöhte Ansteckungsgefahr durch Keime, Vieren etc.
Information: Die beiden Wissenschaftler Rudnick und Milton untersuchten 2003, wie hoch das Ansteckungsrisiko für Grippeviren in einem Klassenraum ist. Dazu hielten sich 30 Personen für vier Stunden in einem Klassenraum auf. Einer der Teilnehmer war dabei an „Grippe“ erkrankt. Das Ergebnis: Bei 1.000 ppm CO2 steckten sich fünf Personen an, bei 2.000 ppm zwölf und bei 3.000 ppm sogar 15. Durch den Versuch wurde bewiesen, dass mit dem Kohlendioxidgehalt auch das Ansteckungsrisiko steigt.
20.000 ppm
Erste Atembeeinträchtigungen, wie z.B. Husten
30.000 ppm
Atemfrequenz und Atemvolumen erhöht sich
100.000 ppm
Übelkeit, Erbrechen, Atemnot oder Bewusstlosigkeit
über 250.000 ppm
Tödliche Gefahr (CO2 wirkt im Körper entweder wie Gift oder verdrängt den Sauerstoff aus der Blutbahn)
Maßnahmen gegen hohe CO2-Kohlenstoffdioxid Konzentration
Für eine Verbesserung der Raumluftqualität, bezogen auf die Minderung der CO2-Konzentration in den Innenräumen, können folgenden Maßnahmen empfohlen werden:
Um dem Risiko von zu viel CO2-Konzentration in der Atemluft entgegenzuwirken hilft ein Luftaustausch durch das regelmäßige Öffnen von Fenstern oder Türen.
Gerade im Winter ist das Lüften besonders wichtig, denn in der kalten Jahreszeit werden die Fenster seltener zum Lüften geöffnet und die CO2-Werte können in den Innenräumen weiter ansteigen (auch durch vermehrtes Heizen).
Als grobe Leitlinie für ein optimales Lüftungsverhalten können Sie sich an den folgenden Punkten orientieren:
✔ Alle Räume sollten nach 1 – 2 Stunden gelüftet werden.
✔ Die Dauer ist abhängig vom Wind und der Temperaturdifferenz zwischen Innen- und Außenraum. Im Sommer liegt diese bei ca. 10 Minuten, im Frühling/Herbst bei 5 Minuten und im Winter nur bei 3 Minuten.
✔ Am sinnvollsten ist das kurzzeitige Querlüften, bei welchem Fenster und Türen auf gegenüberliegenden Seiten geöffnet werden, um für einen Durchzug zu sorgen.
✔ Kipplüften sollte vermieden werden, denn das bringt keinen gänzlichen Durchzug und die Räume kühlen aus.
Lesen Sie für ausführlichere Informationen über das richtige Lüftungsverhalten auch unseren Ratgeber „Richtig Lüften“.
Um eine angemessene Raumluftqualität zu gewährleisten, sollte neben der ausreichenden Belüftung eine CO2-Messung im Innenbereich in Betracht gezogen werden.
Für diese Messungen sind zahlreiche CO2-Messgeräte am Markt erhältlich. Sie sind mit entsprechenden Sensoren ausgestattet, die entweder außen liegend (Kabel oder Antenne) oder direkt im Gehäuse als Fühler den Kohlenstoffdioxid-Gehalt in der Raumluft messen.
Viele dieser CO2-Messer verfügen außerdem über praktische Zusatzfunktionen: So können z.B. Grenzwerte eingestellt und ein Alarm ausgelöst werden, wenn die Konzentrationsschwelle erreicht ist. Höherwertigere Geräte können gleichzeitig noch die Temperatur und Luftfeuchtigkeit im Gebäude überwachen.
Für die Messung und zusätzliche Be- und Entlüftung Ihrer Wohneinheit bei einem zu hohen CO2-Gehalt in der Raumluft empfehlen sich Lüftungsanlagen. Diese enthalten entweder bereits einen eingebauten CO2-Sensor, oder können mit einem dieser Geräte verbunden werden. Dadurch kann die Luft automatisch ausgetauscht und gefiltert werden. Eine gesundheitsgefährdende Kohlendioxid-Konzentration wird so effizient und zuverlässig verhindert.
→ Weniger oder keine Kerzen anzünden
→ Auf das Rauchen in Innenräumen verzichten
→ Chemikalienbelastete Reinigungsmittel bzw. Raumpflegeprodukte mit Duftstoffen reduzieren
→ Elektrogeräte wie Fernseher und Computer ausschalten, wenn diese nicht aktiv verwendet werden
→ Pflanzen als Luftreiniger aufstellen
→ Türen bestenfalls geöffnet halten
Exkurs: Wie funktioniert ein CO2-Sensor?
Wie der Name bereits verrät, dient ein CO2-Sensor dazu, die Konzentration von Kohlenstoffdioxid in der Raumluft zu ermitteln. Dabei sind die Geräte handlich, lassen sich unkompliziert wie ein Thermometer an einer Wand befestigen und meist mit einem Lüftungssystem verbinden, sodass eine optimale Zufuhr an Frischluft gewährleistet werden kann. Gleichzeitig tragen die Sensoren zu einer Optimierung des Energieaufwands bei, da durch die bedarfsgerechte Lüftung auf lange Sicht Betriebskosten gespart werden können.
Die Funktionsweise eines CO2-Sensors ist von Gerät zu Gerät unterschiedlich:
→ In den meisten Fällen erfolgt die CO2-Messung mittels der Nicht-Dispersiven Infrarotspektroskopie (NDIR): Das Prinzip beruht dabei auf der Eigenschaft von Kohlendioxid, Infrarotstrahlen auf unverwechselbare Weise zu absorbieren. Die Sensoren können diese erkennen und von anderen Gasen unterscheiden. Bestimmte Filter lassen dazu nur die charakteristische Wellenlänge von CO2 in eine mit Raumluft gefüllten Messkammer eindringen. Die Sensoren ermitteln anschließend die ankommende Lichtintensität der Infrarotstrahlen. Daraus kann die CO2-Konzentration in der Umgebungsluft zuverlässig gemessen werden.
→ Eine alternative Messmethode ist die Photoakustische Spektroskopie (PAS), bei welcher die periodischen Temperatur- und Dichteschwankungen mit einem Mikrofon aufgenommen und darüber die Molekülanteile in der Luft bestimmt werden.
Preislich können einfache CO2 Sensoren mittlerweile relativ günstig erworben werden. Hochwertige Geräte, die mit Lüftungsanlagen gekoppelt werden können, kosten jedoch einige hunderte Euro.
Lüftungsanlagen gegen zu hohe CO2-Kohlenstoffdioxid Konzentrationen
In immer mehr Räumlichkeiten gibt es bedarfsgesteuerte Belüftungsanlagen. Dabei handelt es sich um Systeme, die einen regelmäßigen Luftaustausch im Wohnraum bewerkstelligen.
Diese Lüftungsgeräte können mit unterschiedlichen CO2-Sensoren verknüpft werden. Anschließend messen sie durchgehend den CO2-Gehalt in der Raumluft und veranlassen das Lüftungssystem automatisch zur Entlüftung des Gebäudes, wenn ein eingestellter Grenzwert überschritten wird. Dadurch wird gewährleistet, dass die CO2-Konzentration im Innenraum stets unter einem schädlichen Niveau bleibt und Ihr Zuhause bedarfsgerecht mit frischer Außenluft versorgt wird.
Durch eine Lüftungsanlage wird also die Gefahr für gesundheitliche Schäden durch zu viel CO2 beseitigt.
Luftbude Tipp:
Lüftungsanlagen mit einem CO2-Sensor entlüften Ihre Räumlichkeiten nur dann, wenn tatsächlich frische Luft benötigt wird. Dadurch spart der Wohnungsbesitzer bis zu 80% mehr Energiekosten im Vergleich zu einer Lüftung ohne diese Technik.
Luftbude bietet Ihnen eine Reihe von hochwertigen Sensoren zur Messung und Überwachung der CO2-Konzentration an.
Dazu zählen:
Externer CO2-Sensor für die Lüftungsgeräte PushPull 45 und PushPull Balanced PPB 30
Interner Sensor, der das Lüftungsgerät nach vorhandenen flüchtigen organischen Verbindungen und nach dem gemessenen CO2-Wert steuert
CO2-Sensor zur Steuerung der Ventilatorleistung in Übereinstimmung mit der CO2-Konzentration
Neben der vielversprechenden Möglichkeit der CO2-Reglung punkten dezentrale Lüftungsanlagen zusätzlich mit einer Menge an weiteren Vorteilen, die Ihr Wohnkomfort deutlich verbessern können:
→ Effektive und umfassende Belüftung gegen Feuchtigkeitsprobleme und Luftschadstoffe in der Raumluft
→ Verbaute Filter für saubere Luft
→ Flexible und unkomplizierte Installation in die Gebäudeaußenwand innerhalb weniger Stunden
→ Niedrige Stromkosten von ca. 4 € im Jahr (pro Gerät)
→ Reinigung und Wartung können durch die Bewohner binnen einigen Minuten selbstständig realisiert werden
→ Hoher Wärmeerhalt bis zu 94 % mit optionalem Wärmetauscher
→ Klimatisierung im Sommer, indem der Wärmetauscher im Sommer die Wärme von außen speichert, also am Eindringen in den Wohnraum hindert
→ Fairer Preis, z.B. ca. 1000 Euro bei einer Zweiraumwohnung
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Über die Autorin...
Ich bin Katja und als Gesundheitsexpertin beschäftige ich mich mit der Wirkung der Luftqualität auf unsere Gesundheit. Das richtige Lüften ist ein entscheidender Faktor für ein gesundes Raumklima. Durch die Zusammenarbeit mit Luftbude möchte ich mit meiner Expertise dazu beitragen, dass Sie und Ihre Familie sich in Ihrem Zuhause rundum wohlfühlen und gesund bleiben.
Quellennachweis
Für diesen Artikel wurden Erfahrungswerte mehrerer Lüftungsexperten, Bausachverständiger, Handwerker sowie Hersteller aufgearbeitet und zusammengefasst. Als Grundlage dienen hierfür aktuelle Normen, Gutachten sowie neutrale Prüfprotokolle unabhängiger Messdienstleister.
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