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| Stichwort | English | Beschreibung |
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| Kohlendioxid | carbon dioxide | Kohlendioxid ist ein farb- und geruchsloses Gas, welches in einer Konzentration von 350 ppm (ländliche Gebiete) bis 400 ppm (Stadtzentren) einen natürlichen Bestandteil der Umgebungsluft bildet. Im Innenraum stellt der Mensch mit seiner Atmung die wesentliche Quelle der Kohlendioxidemission dar (Abbauprodukt der Zellatmung). Als Abbauprodukt der menschlichen Atmung ist der Kohlendioxidgehalt der Innenraumluft ein Indikator für die Anwesenheit von Menschen und Tieren und deren Aktivitäten in einem Raum. Da die CO2-Emissionen der Menschen auch mit dem Anstieg der Geruchsintensität menschlicher Ausdünstungen korrelieren, gilt die Kohlendioxidkonzentration bei Fehlen anderer CO2-Quellen als Indikator der vom Menschen abgegebenen organischen Emissionen und damit als Leitparameter zur Beurteilung der Lüftungssituation. In schlecht gelüfteten Räumen (Luftwechselzahl unter 0,5 h h-1) kann die Kohlendioxidkonzentration gesundheitsbeeinträchtigende Konzentrationen einnehmen. Kohlendioxid wird beim vollständigen Verbrennen jedes organischen Materials (kohlenstoffhaltige Substanzen) bei ausreichender Sauerstoffzufuhr freigesetzt. Der Nestor der Hygiene, Pettenkofer, forderte schon 1858 0,1 Vol. % (= 1000 parts per million, ppm) CO2 als Grenzwert ("Pettenkoferzahl"). Er formulierte hierzu: "Ich bin auf das lebendigste überzeugt, dass wir die Gesundheit unserer Jugend wesentlich stärken würden, wenn wir in den Schulhäusern, in denen sie durchschnittlich fast den fünften Theil des Tages verbringt, die Luft stehts so gut und rein erhalten würden, dass ihr Kohlensäuregehalt nie über ein Promille anwachsen könnte." Im Bereich von 1000-2000 ppm CO2 in der Atemluft verringert sich durch die pH- Wert Verschiebung des Blutes der Sauerstofftransport. Dies kann zu Kopfschmerzen und Leistungsminderung führen. Verschiedene Untersuchungen beschäftigen sich mit dem Einfluss erhöhter Kohlendioxid-Konzentrationen auf die in Räumen anwesenden Personen. Myhrvold et. al. (1996) untersuchten in Schulklassen mit Schülern im Alter von 15-20 Jahren den Einfluss der Kohlendioxidkonzentrationen auf Gesundheit und Leistungsfähigkeit. Sie stellten eine deutliche Zunahme von Kopfschmerzen, Müdigkeit, Schwindel und Konzentrationsschwäche bei CO2-Konzentrationen über 1500 ppm (1,5 Vol.%) fest. Kim et.al. (2002) untersuchten 181 Kinder aus 110 Wohnungen und ermittelten einen signifikanten Zusammenhang zwischen den CO2-Konzentrationen und Asthmaanfällen bei Versuchspersonen mit asthmatischen Erkrankungen in der Anamnese. Shendell et. al. (2004) stellten bei ihren Untersuchungen fest, dass in US-amerikanischen Schulen pro 1000 ppm CO2-Anstieg in der Luft von Klassenräumen sich die relative Abwesenheitsrate um zehn bis 20 Prozent erhöhte. Bei Untersuchungen der US-amerikanischen Umweltbehörde (Erdmann et. al. 2004) in 100 zufällig ausgewählten Bürogebäuden fand sich eine signifikante Zunahme für Schleimhaut- und respiratorische Symptome (Halsschmerzen, pfeifendes Atemgeräusch) pro Anstieg der CO2-Konzentrationsdifferenz um 100 ppm. Wargocki und Wyon (2006) untersuchten die Reaktionen von Schülern bei einer Verringerung der mittleren CO2-Konzentrationen von 1300 ppm auf 900 ppm durch erhöhte Lüftungsraten. Dabei zeigte sich, dass bei der niedrigeren CO2-Konzentration die Geschwindigkeit bei der Durchführung der gestellten Aufgaben signifikant erhöht war. Durch eine Verdoppelung der Luftzufuhrrate kam es zu einer Verbesserung der Leistungsfähigkeit um acht bis 14 Prozent, bezogen auf die Schnelligkeit und Fehlerfreiheit bei der Bearbeitung von Schulaufgaben. In einer kanadischen Studie zeigte sich, dass die Häufigkeit von tiefen Atemwegsinfektionen bei Inuit-Kindern unter fünf Jahren, signifikant mit der durchschnittlichen CO2-Konzentration in der Wohnung assoziiert war (Kovesi et al., 2007). Gemäß European Collaborative Action (ECA, 1992) ist ab 1000 ppm CO2 mit einer Unzufriedenheitsrate der Raumnutzer von circa 20 % und ab 2000 ppm mit etwa 30 % zu rechnen. Die DIN EN 13779 (2007, Lüftung von Nichtwohngebäuden) legt für Kohlendioxidkonzentrationen in der Innenraumluft von Aufenthaltsräumen vier Klassen von hoher Raumluftqualität (< 800 ppm) bis niedriger Raumluftqualität (>1400 ppm) fest. Für eine mittlere Innenraumluftqualität (CO2-Konzentration >800 - 1000 ppm) wird eine Zuführung von mindestens 36 Kubikmeter Außenluft je Stunde und Person gefordert. 2008 erfolgte eine Neubewertung der gesundheitlichen Wirkungen von Kohlendioxid in der Raumluft (UBA - Ad-hoc-Arbeitsgruppe Innenraumrichtwerte der Innenraumlufthygiene-Kommission des Umweltbundesamtes). Hierbei wurden Leitwerte festgelegt, welche wissenschaftlich begründete, praxisorientierte Handlungsempfehlungen darstellen:
Hiernach soll bei Überschreitung eines Wertes von 1000 ppm CO2 gelüftet werden, und ab 2000 ppm muss gelüftet werden. Die Ad-hoc-Arbeitsgruppe empfiehlt, die Kohlendioxid-Leitwerte im Sinne einer Lüftungsampel (grün-gelb-rot) zu verwenden. Für Schulräume wird ein Luftaustausch von 25 bis 30 m3 pro Person gefordert (Umweltbundesamt 2008). Das ist auch die Menge, welche aus hygienischer Sicht mindestens den Wohnräumen zugeführt werden sollte, um die Konzentration von 1000 ppm Kohlendioxid nicht zu überschreiten. Sollten 2000 ppm CO2 trotz einer verstärkten Lüftung in Schulen nicht dauerhaft unterschritten werden und höhere Lüftungsfrequenzen zu erheblichen Störungen zum Beispiel des Unterrichtsverlaufes in einem Klassenraum führen, sind weitergehende organisatorische, lüftungstechnische bzw. bauliche Maßnahmen erforderlich. Hierzu zählen die Überprüfung der Belüftbarkeit des Raumes, eine Verringerung der Anzahl der Personen im Raum oder der Einbau von technisch geregelten Lüftungsanlagen (UBA 2008). So gilt die "Pettenkoferzahl" von 1000 ppm nach wie vor als Indikator der Innenraumluftqualität. Jedoch kann auch eine CO2 Konzentration unter 800 ppm nicht immer garantieren, dass die Lüftungsraten ausreichend sind, um Luftverunreinigungen aus anderen Quellen im Innenraum zu entfernen. Beim Kochen und Heizen in engen schlecht gelüfteten Räumen kann sich eine hohe Konzentration von Kohlendioxid akkumulieren: Bei Konzentrationen >30.000-40.000 ppm (4 Vol.%) in der Einatmungsluft bewirkt CO2 ausgeprägte Symptome wie Kopfschmerzen, Schwindel, Ohrensausen und Herzklopfen. Hohe Kohlendioxidkonzentrationen in Weinkellern, Futtersilos, Brunnen, oder Jauchegruben in denen sich dieses durch Gärung entstehende Gas aufgrund seiner hohen spezifischen Dichte (im Vergleich zur Luft) angesammelt hat, führen immer wieder zu schweren Vergiftungen und Todesfällen. Bei über 10 Vol.% CO2 in der Einatmungsluft treten Krämpfe, Bewusstlosigkeit und Atemstillstand auf. Die Lüftung der Innenräume erfolgt, um Kohlendioxid sowie andere Emissionen einschließlich Luftfeuchtigkeit aus den Räumen zu entfernen. Man braucht nicht das Fenster öffnen "weil der Sauerstoff verbraucht ist". Bei normaler Betätigung verbraucht ein erwachsener Mensch zwischen 15-50 l Sauerstoff pro Stunde. In einem 20 m2 großen Raum mit 2,50 m Raumhöhe befinden sich 50 m3 Luft, das heißt 50.000 l. Da der Sauerstoffgehalt in der Luft 21 % beträgt, sind in diesem Raum 10.050 l Sauerstoff. Bei einem Sauerstoffbedarf von 50 l/Stunde würde der Sauerstoff in diesem Raum rein rechnerisch für 200 Personen bei leichter körperlicher Arbeit reichen, wenn man eine Luftwechselzahl von 1 h-1 annimmt. Bei der aus hygienischen Gründen geforderten Luftwechselzahl zur Abfuhr der Feuchte und des Kohlendioxids (0,5 h-1) könnten in diesem Fall immerhin noch 100 Personen bei leichter körperlicher Arbeit in diesem Raum ausreichend mit Sauerstoff versorgt werden. Prophylaktische Maßnahmen zur Begrenzung der Kohlendioxidkonzentration in Räumen:
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