Smart Sensors Schlechte Luft hier drin?

Tatsache ist, dass Menschen die Luftqualität beim Betreten eines voll besetzten Raumes meist viel schlechter einstufen als nach längerem Aufenthalt dort. Warum sich also groß Gedanken über die empfundene Luftqualität machen, wenn letztlich alles vielleicht nur eine Frage der Gewöhnung ist? Was verlockend banal klingt, ist es leider nicht.

Erste Untersuchungen zur Luftqualität gab es bereits Mitte des 19. Jahrhunderts. Max von Pettenkofer ging damals noch davon aus, dass in einem sauberen Raum der Mensch die einzige Verunreinigungsquelle sei. Da der Mensch CO₂ ausatmet, wurde dieses Gas von Pettenkofer auch gleich als erster Raumluftindikator eingeführt. Sein Vorschlag war, dass die Konzentration von 1.000 ppm Kohlendioxid nicht überschritten werden sollte. Dass CO₂ geruchsneutral und somit vom Menschen nicht direkt wahrnehmbar ist, spielte bei diesen Überlegungen allerdings noch keine Rolle.

Eine grundlegendere Theorie entwickelte der dänische Wissenschaftler (International Indoor Environment and Energy) Prof. Ole Fanger. Sie besagt, dass alle Geruchsquellen gleichzusetzen sind und sich die Gesamtbelastung eines Raumes durch Aufsummieren von Personen-, Baustoff- und Ausstattungslasten ergibt. Er konnte sogar belegen, dass die schlechte Luftqualität bei Kindern Asthma verursacht und die Produktivität am Arbeitsplatz stark negativ beeinflussen kann, nur werden diese Erkenntnisse in der Praxis bis heute leider allzu oft ignoriert.

Sick Building Syndrom

Die Komplexität des Themas Luftqualität offenbart das Sick Building Syndrom (SBS), seit Anfang der 80er Jahre Synonym für die Störung des Wohlbefindens und der Behaglichkeit in einem Gebäude. Nach internationaler Konvention (WHO 1982, MULHAAVE 1989) wird dann von einem Sick Building Syndrom (SBS) gesprochen, wenn bei mehr als 10 bis 20 Prozent der Beschäftigten eines Gebäudes unspezifische Beschwerden oder Symptome wie z.B. Müdigkeit, Konzentrationsstörung oder Kopfschmerzen auftreten, die nach Verlassen des Gebäudes rasch wieder nachlassen. Mögliche Ursachen können z.B. giftige Ausdünstungen, sogenannte flüchtige organische Verbindungen, aber auch anderweitige Verunreinigungen und Schadstoffbelastungen in der Raumluft sein, zum Beispiel Boden- und Teppichkleber, diverse Lacke, Farben und Anstriche, Mineralstoffe aus Dämmmaterialien, Materialien zur Schädlingsbekämpfung, Reinigungsmittel etc.

Das Problem ist, dass Gerüche aus einer unglaublichen Vielzahl unterschiedlicher chemischer Stoffe – aktuellen Studien zufolge bis zu 8.000 in einem einzigen Raum - entstehen. Dabei sind längst noch nicht alle Substanzen, die beim Menschen die Geruchsempfindung auslösen, nachweisbar, und es können auch keine Aussagen über die Geruchseinwirkung beliebiger Kombinationen einzelner Komponenten getroffen werden.

Ohne Lüften geht's nicht

Zumindest für die subjektive Wahrnehmung spielt es also erst einmal keine große Rolle, ob echte Schadstoffe, Wärme oder Feuchtigkeit den Wohnraum belasten. Entscheidend für das Wohlbefinden ist vielmehr die empfundene Luftqualität, und die einzig effektive Methode, „dicke“ gegen „gute“ Luft auszutauschen, ist nun einmal nach wie vor regelmäßiges Lüften. In älteren Gebäuden reichten dafür oft schon undichte Stellen an den Fenstern und Mauerwerk. In modernen, vor allem auf Energieeffizienz getrimmten Bauwerken hingegen müssten eigentlich intelligente aktive Lüftungssysteme die Regelung der Luftqualität übernehmen. Müssten, denn in der Praxis wird dem Thema Luftqualität bei vielen Neubauten und Sanierungen leider immer noch viel zu wenig Bedeutung beigemessen, obwohl es inzwischen durchaus Methoden und Systeme gibt, die eine kostengünstige Erfassung, Analyse und Weiterverarbeitung aller dafür notwendigen Daten erlauben.

Luftqualität überwachen

Ein Beispiel dafür ist das von Unitronic entwickelte Low-Power-SMD-Sensormodul USM-MEMS-VOC. Das lediglich 15 x 17 x 3 mm³ große Modul ist mit einem hochpräzisen langzeitstabilen Metall-Oxid Miniatur-MEMS-Sensor TGS8100 von Figaro Engineering ausgestattet, der in unter 8 s auf die Freisetzung flüchtiger organischer Verbindungen reagiert.

Aufgrund seines extrem niedrigen Stromverbrauchs von weniger als 14 mA im Dauerbetrieb und seiner geringen Größe ist das für 1,8 V Versorgungsspannung ausgelegte USM-MEMS-VOC vor allem für den Einsatz in batteriebetriebenen Anwendungen prädestiniert. Ein PWM-Signal zur analogen Auswertung, drei digitale Ausgänge, ein UART-Interface, eine automatische Base-Level-Anpassung und eine automatische Luftfeuchtigkeits- und Temperaturkompensation mittels eines optionalen externen Sensors erleichtern dabei die Einbindung in unterschiedlichste Applikationen.
Da der besonders langlebige TGS8100 eine kostengünstige, weitestgehend wartungsfreie Messung der allgemeinen Luftqualität in Innenräumen ermöglicht, ist das USM-MEMS-VOC ideal für die Integration in jede Art von Luftreinigern, Klimaanlagen und Ventilationssteuerungen geeignet. In Kombination mit einem Klimasteuergerät lässt sich mit dem USM-MEMS-VOC beispielsweise eine Raumbelüftungsteuerung realisieren, die automatisch auf Schadstoff- und Geruchsbelästigungen reagiert. Dieses Anwendungsbeispiel dient nicht nur der Steigerung des menschlichen Wohlbefindens, es trägt auch dazu bei, die Energieeffizienz des Klimagerätes zu optimieren.

Ebenfalls hervorragend für die Messung und Regelung der Luftqualität in Räumen geeignet ist das neue hochpräzise NDIR-CO₂-Sensormodul CDM7160 von Figaro. Zu den Besonderheiten dieses neuartigen Messsystems zählen die zwei Detektorelemente im Inneren des Moduls, die auch Absolutmessungen ermöglichen. Während nur mit einem Single Sensor-Element ausgestattete Low Cost-Module lediglich eine relative CO₂-Messung erlauben, kann das CDM7160 auch in einer Umgebung mit konstanter CO₂- Konzentration eingesetzt werden. Jedes Modul wird einzeln kalibriert. Die Ausstattung mit einem UART- als auch einem I2C-Digital-Interface ermöglicht zudem eine einfache, kostengünstige Integration in die Produkte des jeweiligen Benutzers.

Die beiden beschriebenen Module verdeutlichen, dass es heutzutage durchaus schon vergleichsweise preiswerte Lösungsansätze für eine nachhaltige Verbesserung sowohl der empfundenen als auch der tatsächlichen Luftqualität gibt. Ein gutes Raumklima ist deshalb inzwischen wohl auch weniger eine Frage des Könnens als des Wollens. Und falls es doch eine Frage des Könnens wäre: Als erfahrener Sytemintegrator mit jahrzehntelanger Expertise in den Themenbereichen Sensorik und drahtloser Kommunikation unterstützen wir unsere Kunden bei Bedarf nicht nur bei der Auswahl der nötigen Hardware, sondern auch bei der Applikationsentwicklung und -implementierung. Mit unserem System-Know-how, unserem eigenen Sensorlabor und unserer IT-Struktur sehen wir uns in der Lage, in punkto Verbesserung der Luftqualität vom technischen Consulting über die benötigte Hardware und das Monitoring der Applikation bis hin zum Aufbau effizienter Überwachungs- und Steuerungstrukturen alle Leistungen und Services aus einer Hand anbieten zu können.