Bessere Luftqualität in Innenräumen dank CO2-Sensoren
Dem Thema Raumluftqualität wird durch die Corona-Pandemie wieder eine grössere Beachtung geschenkt. Denn durch Lüften wird die Konzentration von Coronaviren in Innenräumen verdünnt und das Risiko einer Ansteckung minimiert. Doch eine gute Raumluftqualität ist nicht nur wichtig, um sich vor Aerosolen und somit vor viralen Krankheiten zu schützen. Die Luftqualität ist auch entscheidend für die Konzentrationsfähigkeit, sowie erfolgreiches Lernen und Lehren.
Für die Pandemiebekämpfung empfiehlt das Bundesamt für Gesundheit Räume, in denen sich Personen aus verschiedenen Haushalten aufhalten, besonders gut zu lüften. Damit man das Lüften nicht vergisst, können Sensoren eingesetzt werden, welche die Luftqualität messen. Zudem können so wertvolle Daten über die Qualität der Raumluft gesammelt werden.
Messindikatoren
Als wichtigster Indikator für die Raumluftqualität gilt CO2. Gemessen wird der CO2-Gehalt in der Luft in parts per million (ppm) beziehungsweise in Volumenprozenten. Eine zu hohe CO2-Konzentration kann Folgen haben: Bereits ab einem Wert von 1200 – 1500 ppm, also 0,12 – 0,15% Kohlenstoffdioxidanteil in der Luft, kann sich das allgemeine Wohlergehen verschlechtern. Verringerung der Konzentrationsfähigkeit, Schläfrigkeit, Unachtsamkeit oder Kopfschmerzen können als Folge dessen auftreten.
Neben den CO2-Emissionen, die durch die Industrie ausgestossen wird, setzt auch jeder Mensch auf ganz natürlichem Weg CO2 frei. Eine Person atmet bei sitzender Tätigkeit im Schnitt ca. 15-20 Liter Luft pro Stunde aus und versetzt sie dadurch mit mehr als die hundertfache Menge an Kohlenstoffdioxid. Auf einen Tag gesehen, entspricht dies der Menge, die ein Kleinwagen auf einer Strecke von zehn Kilometern ausstösst. Nur schon eine Person kann durch seinen Atem den CO2-Gehalt innerhalb eines Raumes auf 1000 ppm ansteigen lassen. Was dem maximalen, nach dem Behaglichkeitsgrenze nach Pettenkofer, lufthygienischen Wert, entspricht.
Weitere Indikatoren für ein gutes Raumklima sind die Temperatur, die relative Luftfeuchtigkeit, der Luftdruck und flüchtige organische Verbindungen, sogenannte Volatile Organic Compounds (VOCs). Da es äusserst schwierig ist, Beschwerden auf einzelne VOCs zurückzuführen, werden die Gesamtheit der flüchtigen Verbindungen in der Raumluft gemessen, die man als Total Volatile Organic Compuds (TVOC) bezeichnet.
Sensoren
Die Grundlage für die Ermittlung der Raumluftqualität sind Sensoren, die Messwerte aufzeichnen und wiedergeben. Dazu gibt es verschiedenste Hersteller, welche unterschiedliche Messwerte und Genauigkeiten erzielen. Einzelne Geräte müssen an eine Stromversorgung angeschlossen werden, andere sind per Batterie betrieben. Beide Varianten bieten Vor- und Nachteile. Verschiedene Lösungen von Teneo IoT, Milesight und Decentlab werden später im Text, unter Produkte, vorgestellt und miteinander verglichen.
Visualisierung / Benachrichtigung:
Um die gemessenen Daten zu visualisieren, gibt es von Anbieter zu Anbieter unterschiedliche Lösungen. Einzelne Geräte zeigen die Messwerte direkt auf einem Display oder zeigen Grenzwertüberschreitungen anhand eines Ampelsystems (grün, orange, rot) an. Andere Geräte benötigen eine Plattform, auf welcher die Daten visualisiert werden (Beispielsweise mit unserer hauseigenen Lösung ax-track). Darüber können automatisiert Benachrichtigungen per Mail oder Kurznachricht verschickt werden, um betroffene Personen zu informieren. Über diese Plattformen sind zudem Analysen über die gemessenen Daten möglich. Anhand dieser Daten können zukünftige Raumplanungen (Anzahl Personen pro Raumgrösse) und/oder Lüftungsintervalle optimiert werden.
Produkte
Für die Überwachung des Raumklimas, gibt es verschiedene Lösungen von verschiedensten Anbietern. Welche Lösung wo Sinn macht und welche zusätzlichen Geräte dazu benötigt werden, wird in folgendem Abschnitt beschrieben.
CO2-Stoplicht
Das Stoplicht von Teneo-IoT misst den CO2-Gehalt, die Temperatur und die Luftfeuchtigkeit. Das Stoplicht funktioniert nach dem Ampelprinzip und ändert die Farbe, wenn der gemessene CO2-Gehalt in der Luft die spezifizierten Standards überschreitet.
Sobald die Ampel gelb wird, ist dies ein Indiz dafür, dass sich die Luftqualität verschlechtert hat. Dies gibt den Menschen genügend Zeit, um aktiv zu werden. Sobald die Ampel auf Rot wechselt, bedeutet dies, dass eine sofortige Belüftung erforderlich ist oder der Bereich verlassen werden muss. Neben der Signalisierungsfunktion mittels LEDs verfügt die Ampel auch über eine drahtlose Kommunikation, basierend auf LoRaWAN oder WiFi. Dadurch ist es möglich, auch Messdaten zu protokollieren und Benachrichtigungen auszugeben.
Der Sensor wird an den Strom angeschlossen und hat dadurch eine unbegrenzte Funktionsdauer. Die Platzierung im Raum wird durch den benötigten Netzwerkanschluss jedoch eingegrenzt.
Milesight AM107
Der Milesight AM107 besteht aus mehreren intelligenten Sensoren, die speziell für die Messung des Raumklimas entwickelt wurden. Er bietet eine genaue Kohlendioxidmessung von 400 bis 5000 ppm und zeigt das Ergebnis direkt auf einem E-Ink-Bildschirm an.
Im Gegensatz zum CO2-Stoplicht ist die Anzeige nicht so offensichtlich und somit nicht für alle Personen im Raum sichtbar. Dies ermöglicht es zum Beispiel einer Lehrperson Massnahmen einzuleiten, ohne dass die Schüler:innen den genauen Grund kennen. Übertriebene oder sogar panische Reaktionen der Schüler können somit vermieden werden.
Der Sensor wird mit Batterie betrieben und kann dadurch in jedem Raum, auch ohne Stromanschluss, angewendet werden. Mittels der LoRaWAN-Fähigkeit können automatisierte Meldungen oder Aktionen, wie das An- und Abstellen von Ventilatoren, ausgelöst werden.
Decentlab – Indoor Ambiance Monitor
Der Indoor Ambiance Monitor von Decentlab misst neben dem CO2-Gehalt auch flüchtige organische Verbindungen, sogenannte Volatile Organic Compounds (VOC).
Ein zusätzlich integrierter PIR Motion Sensor misst das Aktivitäts-Level in dem Raum und liefert daher weiterführende Daten für zukünftiges intelligentes Lüften.
Der Sensor wird mit Batterie betrieben und verfügt über LoRaWAN. Um die gemessenen Daten einzusehen, bedarf es einer zusätzlichen Lösung, wie zum Beispiel der ax-track Plattform. Alarme, Benachrichtigungen und Statistiken können über die Plattform individuell eingerichtet und jederzeit in einer Mobile-App eingesehen werden.
Fazit
Die Überwachung der Luftqualität in Innenräumen in der Praxis ergibt aus verschiedensten Gründen Sinn. Zum einen wird man bei einer Verschlechterung der Raumluftqualität automatisch benachrichtigt und somit frühzeitig daran erinnert, den Raum zu lüften oder gar zu verlassen. Zum anderen können die Messdaten auf IoT-Plattformen gesammelt und somit für zukünftige Raumbelegungen, Lüftungsabstände oder auch zur Kontrolle von Lehrpersonen (wie oft war die Luftqualität grenzwertig) verwendet werden.
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