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Die Ansteckungsgefahr in geschlossenen Räumen hängt unter anderem vom CO2-Gehalt und der relativen Feuchte der Raumluft ab.

Bild: Glyn

SDK mit Kohlendioxid- und Feuchtesensoren Lüftungsampel für geschlossene Räume selbst bauen

06.10.2020

Coronaviren verbreiten sich hauptsächlich über Aerosole in der Atemluft. In Büros oder Klassenzimmern empfiehlt sich daher eine regelmäßige Frischluftzufuhr. Wann gelüftet werden sollte, zeigt eine CO2-Ampel an, die Sie mit einem neuen Starter-Kit schnell selbst entwickeln können.

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Atmen wir aus, so verbreiten wir Aerosole. Diese winzigen Tröpfchen können sich in geschlossenen Räumen mehrere Stunden in der Luft halten. Kontaminiert mit Coronaviren, können sich gesunde Menschen auf diesem Weg schnell mit Erregern infizieren, wenn sie „verbrauchte“ Luft einatmen.

Um dieses Ansteckungsrisiko zu mindern, sollte die Aerosol-Belastung in geschlossenen Räumen so gering wie möglich gehalten werden. In Gebäuden, die mit einer modernen Lüftungs- beziehungsweise Klimaanlage ausgestattet sind, lässt sich das mit einer erhöhten Frischluftzufuhr sicherstellen. Die Anlagen verfügen häufig auch über HEPA-Filter, die in der Lage sind, einen Teil der Aerosole zurückzuhalten.

In den meisten Büros, Klassenzimmern, Kindergärten und Geschäften steht diese Technik aber nicht zur Verfügung. In diese Räume gelangt ausreichend frische Luft nur durch offene Fenster. In der wärmeren Jahreszeit normalerweise kein Problem; spätestens mit Beginn der kälteren Herbsttage wird es allerdings etwas schwieriger. Hier muss zu einer bedarfsgerechten Lüftung übergegangen werden.

Lüftungsbedarf mit Sensoren bestimmen

Doch ab welcher CO2-Konzentration sollte gelüftet werden? Das Umweltbundesamt empfiehlt, ab einem Wert von 1.000 ppm (parts per million) zu lüften – allein schon, um die Konzentrationsfähigkeit zu erhalten. Anschaulich wird das an einem Beispiel: Eine CO2-Konzentration von circa 1.200 ppm bedeutet, dass fast zwei Prozent der Luft im Raum bereits mindestens einmal Lungenkontakt hatte. Oder anders formuliert: Jeder 50. Atemzug, den eine Person tätigt, besteht aus bereits einmal ausgeatmeter Luft.

Wie hoch das Risiko einer Corona-Ansteckung damit genau ist, muss noch erforscht werden. Dennoch ist der Wert ein guter Indikator. Zum Vergleich: Frische Luft enthält rund 400 ppm CO2. In der ausgeatmeten ist der Anteil circa 100-mal so hoch, also 40.000 ppm.

Wieso hohe Luftfeuchtigkeit das Ansteckungsrisiko steigert

Die University of Missouri in Columbia hat in einer Forschungsarbeit gezeigt, dass die Luftfeuchtigkeit einen entscheidenden Einfluss auf die Lebenszeit der Aerosole hat. Nach Berechnungen der Forscher können sich Partikel mittlerer Größe bis zu 23-mal länger in feuchter Luft halten, als es in trockener Luft der Fall wäre.

Außerdem bestimmt der Feuchteanteil der Luft auch darüber, wie weit weg sich die Partikel von ihrer Quelle bewegen können. Ist die Luft sehr trocken, verdunsten die Tröpfchen schneller und können sich daher nicht so lange in der Luft halten.

Aus diesen Gründen sollte nicht nur der CO2-Wert, sondern auch die relative Luftfeuchtigkeit so gering wie möglich sein. Eine relative Luftfeuchtigkeit unter 40 Prozent führt allerdings zu einem Austrocknen der Schleimhäute – einem wichtigen Schutzmechanismus gegen Infektionen.

Auch für die relative Luftfeuchtigkeit gab es schon vor Corona Empfehlungen. Sie sollte je nach Temperatur zwischen 40 und 60 Prozent liegen.

CO2 und Luftfeuchte kostengünstig messen

Zwar gibt es bereits Messgeräte, die in der Lage sind, Aerosole in der Luft zu messen. Sie sind allerdings kompliziert und teuer. Ein einfacherer und günstigerer Ansatz sind CO2-Messgeräte oder noch einfacher CO2-Ampeln. Sie warnen mit einem Grün-Gelb-Rot-Prinzip vor zu viel CO2 in der Luft.

Wichtig für den Bau einer solchen Luftgüte-Ampel ist ein Sensormodul, das sich leicht integrieren lässt und alles Wichtige an Bord hat. Ein Beispiel hierfür ist der SCD30 von Sensirion, der bereits Anwendung im Bereich Heizungs-, Lüftungs- und Klimatechnik findet. Auf das Modul sind zusätzlich zum CO2-Sensor ein Feuchte- und Temperatursensor integriert.

Der CO2-Sensor arbeitet nach dem Non-Dispersive-Infrared-Prinzip (NDIR-Prinzip). Er macht damit von der Tatsache Gebrauch, dass CO2-Moleküle Infrarotstrahlung im Bereich von 4,3 µm absorbieren. Andere Gasmoleküle absorbieren diesen Wellenbereich des Lichtes kaum.

Im Inneren des Sensors sitzt eine Lichtquelle, die infrarotes Licht aussendet. Auf der gegenüberliegenden Seite befindet sich ein Sensor, der die Strahlungsintensität im Bereich von 4,3 µm misst. Nimmt diese ab, ist das ein sicheres Zeichen auf das Vorhandensein von CO2.

Durch sein Zweikanalprinzip ist der SCD30 dazu ausgelegt, Langzeitdrifts automatisch zu kompensieren. Die kleine Bauform von 35 mm x 23 mm x 7 mm ermöglicht eine einfache Integration in unterschiedliche Anwendungen. Der Sensor ist vollständig kalibriert und linearisiert.

Sofort loslegen mit Starter-Kit

Um mit der CO2-, Feuchte- und Temperaturmessung sofort starten zu können, bietet Glyn ein modulares Evaluation-Kit an. Es verbindet im Baukastensystem Plug-&-Play-Hardware mit einer benutzerfreundlichen Viewer-Software (für Windows, Linux oder macOS) und den benötigten Kabeln.

Neuer CO2-Sensor geplant

Die Empfindlichkeit verfügbarer CO2-Sensoren, die auf dem NDIR-Prinzip basieren, ist direkt proportional zum optischen Strahlengang. Daher führt ein starkes Schrumpfen des Sensorelements zu einer Beeinträchtigung der Sensorleistung.

Sensirion plant deshalb für den Zeitraum des vierten Quartals 2020 bis zum ersten Quartal 2021 die Einführung des neuen, miniaturisierten CO2-Sensors SCD40, der auf der PASens-Technologie des Unternehmens basiert. Der Sensor nutzt ein photoakustisches Sensorprinzip, das eine extreme Miniaturisierung erlauben soll, ohne die Sensorleistung zu beeinträchtigen.

Zurückzuführen ist das darauf, dass die Sensorempfindlichkeit unabhängig von der Größe des optischen Hohlraums ist. Durch die Messmethode reduzieren sich außerdem die Gehäuseabmessungen auf 10,1 mm x 10,1 mm x 6,5 mm. Wie der SCD30 beinhaltet auch der SCD40 einen zusätzlichen Feuchte- und Temperatursensor.

Bildergalerie

  • Der SCD30 misst neben der CO2-Konzentration auch die Luftfeuchte und Temperatur.

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  • Das Evaluation-Kit lässt sich in drei Schritten individuell zusammenstellen: Bestellen Sie eine SEK-SensorBridge, wählen Sie die gewünschten Sensoren und laden Sie die SEK-ControlCenter-Viewer-Software herunter – Sie können jetzt mit der Evaluation starten!

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  • Für Ende 2020, Anfang 2021 ist die Einführung des SCD40-Sensors geplant, der statt dem NDIR- ein photoakustisches Prinzip verwendet.

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