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Saubere Innenluft zum Atmen
Zusammenwirken gesundheitsbeeinflussender Raumluftparameter

Für das Wohlbefinden und die Gesundheit des Menschen spielt die Innenraumluftqualität (Indoor Air Quality – IAQ) eine wichtige Rolle. Die Luft in Gebäuden ist bis zu 8-mal mehr verschmutzt, als die Außenluft. Auch hält sich der „moderne Mensch“ deutlich länger in Büros, Werkhallen oder Wohnungen auf, als im Außenbereich.

Aber auch die dort vorzufindende „frische Luft“ verdient dieses Prädikat oft nicht. Mit zunehmender Häufigkeit übersteigen besonders in den verkehrsreichen Innenstädten Feinstaub- und Stickstoffdioxidwerte die amtlichen Grenzwerte. In der Regel jedoch hat die Innenraumluftqualität die stärkeren Auswirkungen auf die Gesundheit. Weil für eine hohe IAQ das Auftreten und Zusammenwirken zahlreicher Faktoren eine Rolle spielt, ist deren Erfassung und Umsetzung in charakterisierende Kenngrößen notwendig.

Luftbestandteile

Idealerweise besteht eine schadstoffarme atmosphärische Luft aus den gasförmigen Bestandteilen (Bild 1):

  • Stickstoff (N),
  • Sauerstoff (O),
  • Edelgasen,
  • Kohlenstoffdioxid (CO2) und
  • Wasserstoff (H).

Eine detailliertere Aufstellung ist Tabelle 1 zu entnehmen. Alle Spurengase zusammen umfassen weniger als 1 % des Atmosphärenvolumens. Neben den darin genannten Gasen enthält die Luft noch:

  • Wasser in wechselnder Konzentration und in allen drei Aggregatzuständen (fest, flüssig, gasförmig),
  • Staubpartikel (Feinstaub),
  • Aerosole,
  • Schwefel- und Stickstoffverbindungen,
  • flüchtige organische Verbindungen (Volatile Organic Compound – VOC),
  • Ozon,
  • in der Atmosphäre erzeugte Radikale.

Tabelle 2 gibt eine Übersicht über die durchschnittlichen Hintergrundkonzentrationen in Europa. Diese natürlichen Bestandteile der sauberen Außenluft sind zwar mengenmäßig äußerst gering, einige von ihnen können jedoch bei intensiverem Auftreten in der Innenraumluft mehr oder weniger starke Auswirkungen auf die Gesundheit des Menschen haben.

Luftqualität

Eine qualitativ hochwertige Atemluft ist durch die An- bzw. Abwesenheit bestimmter Stoffe gekennzeichnet. Diese können in Form von Gasen oder Stäuben vorliegen und haben charakteristische Grenzwerte, bei denen die Verträglichkeit für den Menschen endet.

Die meisten auf dem Markt befindlichen Messgeräte erfassen nur einen kleinen Teil der Qualitätskriterien, vorwiegend Temperatur, Luftfeuchte und CO2-Gehalt. Daneben beeinflussen insbesondere flüchtige organische Verbindungen und Schwebstoffe in der Luft (Staub) in zunehmender Konzentration Gesundheit und Wohlbefinden des Menschen.

Sauerstoff ist in normaler Atemluft mit einem Anteil von knapp 21 Vol.-% enthalten und sollte nach Möglichkeit 18 Vol.-% nicht unterschreiten. Die Folgen geringerer O2-Konzentrationen sind in Tabelle 3 zusammengefasst. Dagegen sind erhöhte Sauerstoffkonzentrationen bis zu 60 Vol.-% bei Normaldruck für Erwachsene unbedenklich. In der Medizin wird Patienten mit schwacher Lungenleistung durch Sauerstofftherapien Atemluft mit erhöhtem Sauerstoffgehalt zugeführt, um ihnen Erleichterung zu verschaffen.

Die Forderung des Bundesumweltamtes bringt es auf den Punkt: „Ein gesundheitsverträgliches Wohnen und damit eine geringe Innenraumbelastung mit Schadstoffen sollte heutzutage geprägt sein durch die richtige Wahl der Bauprodukte, eine geeignete Be- und Entlüftung von Räumen, und dem Benutzen von möglichst schadstofffreien Wohngegenständen.“

Der Sauerstoffgehalt „verbrauchter“ Luft ist nicht signifikant gesenkt. „Frische“ Luft ist nicht durch das Vorhandensein von deutlich mehr Sauerstoff gekennzeichnet, sondern durch die Abwesenheit oder vernachlässigbaren Konzentration von Schadstoffen.

Eine Gefährdung der Gesundheit geht meistens nicht von einem kurzen Schadstoffspitzenwert aus, sondern dem längerfristigen Verweilen in einer anhaltend hohen Schadstoffkonzentration. Sich einer hohen Schadstoffkonzentration nur kurzzeitig auszusetzen ist meist unschädlicher, als einer niedrigeren Schadstoffkonzentration für längere Zeit. Ein höherwertiges Messgerät sollte deshalb nicht nur den Momentanwert des betreffenden Messwertes anzeigen, sondern den chronologischen Verlauf speichern.

Idealer Sensor

Weil die Qualität der Atemluft über ein hochkomplexes Zusammenwirken ihrer Bestandteile bestimmt wird, die je nach Typ und Konzentration mehr oder weniger schädliche Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit haben, wäre für die Analyse der Atemluft eine Vielzahl von selektiven Sensoren und die Auswertung derer Messergebnisse erforderlich. Ideal wäre eine Sensorbank mit auf die kritischen Atemluftverunreinigungen spezialisierten Fühlern ohne Querempfindlichkeit gegenüber anderen Stoffen. Algorithmen müssten dann die Sensorsignale gewichten, um den von ihnen verursachten schädlichen Auswirkungen gezielt entgegenzuwirken.

Die menschliche Nase in Verbindung mit dem Gehirn kommt mit ihren etwa 350 Chemorezeptortypen (Bild 2) einem derartigen Messsystem schon recht nahe. Sie lässt uns rund 10 000 Gerüche mit damit eng verbundenen Geschmackseindrücken unterscheiden, kann aber viele geruchlose und dennoch gefährliche Atemluftkomponenten nicht detektieren (z. B. das hochgiftige Kohlenstoffmonoxid). Für den Ablauf des Riechvorgangs müssen die Riechzellen die Duftmoleküle in der Luft chemisch erkennen und in elektrische Signale zur Weiterleitung an das Gehirn wandeln. Dort werden sie zu einem komplexen Dufteindruck zusammengefasst. Ein derart ausgefeiltes Detektions- und Analysesystem ist mit den Möglichkeiten der heutigen Technik (noch) nicht realisierbar, schon gar nicht mobil. Noch ist ein portables Analyseinstrument Zukunftsmusik, das zwischen hunderten von flüchtigen organischen Verbindungen selektiv unterscheiden kann.

Flüchtige organische Verbindungen

Unter dem Kürzel VOC werden gas- und dampfförmige Ausscheidungen organischer, kohlenstoffhaltiger fester oder flüssiger Substanzen zusammenfassend benannt. Sie verflüchtigen sich wegen ihres hohen Dampfdrucks bereits bei niedrigen Temperaturen (Raumtemperatur) und werden zum meist unerwünschten Bestandteil der Umgebungsluft. So können viele hundert verschiedene Einzel-VOCs in der Luft gemeinsam auftreten. Die Gesamtheit der Konzentrationen sämtlicher VOCs wird durch den TVOC-Wert (Total Volatile Organic Compounds) beschrieben. In der Regel wird das Gas Methan (CH4) nicht zu den VOCs gezählt, was sich in der ebenfalls üblichen Abkürzung NMVOC (Non Methane VOC) widerspiegelt.

Die Weltgesundheitsorganisation (World Health Organization – WHO) hat die organischen Verbindungen in der Innenraumluft klassifiziert (Tabelle 4).

VOCs werden bei einer Vielzahl vom Menschen verursachter (anthropogener) und von Lebewesen verursachter (biogener) Prozesse in die Umwelt emittiert. Pflanzen, Tiere, Böden und Meere sind natürliche VOC-Quellen. Verkehr, Kraftwerke und industrielle Lösemittelanwendungen gehören zu den wichtigsten anthropogenen VOC-Quellen.

VOCs können Reizungen hervorrufen und bei relativ hohen Konzentrationen die menschliche Gesundheit negativ beeinflussen. Die so genannte Gebäudekrankheit (Sick Building Syndrom – SBS) wird als Folge eines langen Aufenthalts in Gebäuden mit Schadstoffen in der Innenraumluft bewertet. Dementsprechend werden giftige VOC-Ausdünstungen der Baumaterialien besonders von Boden- und Teppichklebern, Lacken, Farben, Anstrichen, Dämmmaterialien, Schädlingsbekämpfungsmitteln und Reinigungsprodukten besonders in neu errichteten Gebäuden als unangenehm empfunden. Unwohlsein, Mattigkeit und Schlaflosigkeit sind eher leichte Symptome des SBS. In schwereren Fällen leiden die Betroffenen unter Allergien, Kopfschmerzen, Reizungen der Augen und Atemwege bis hin zu Schädigungen des Immunsystems sowie Störungen der Nieren- und Leberfunktion. So können VOCs die Lebensqualität der Nutzer eines Gebäudes mehr oder weniger stark einschränken und sind deshalb so weit wie möglich zu vermeiden.

Zwar sind in der Außenluft im Lauf der letzten Jahrzehnte die VOC-Emissionen insbesondere durch Verbesserungen auf den Sektoren Verkehr und Kraftwerke deutlich zurückgegangen (Bild 3), was aber nicht direkt auf die Situation bei der Rauminnenluft übertragbar ist. Hier wirken sich die Energiesparbemühungen bei Wohngebäuden ungünstig aus. Dicht schließende Fenster verhindern das Eintreten der unbelasteten Außenluft und damit eine natürliche Grundlüftung. Hinzu kommt, dass Isoliermaterialien als zusätzliche VOC-Quellen auftreten.

 

Tabelle 1 Gasförmige Bestandteile schadstoffarmer atmosphärische Luft, Quelle: Landesanstalt für Umwelt, Messungen und Naturschutz Baden-Württemberg

Tabelle 2 Spurengase, freie Radikale und Aerosole – winzige Anteile aber große Wirkung
1) ohne Methan 2) wichtig für den Abbau von Luftverunreinigungen 3) beteiligt am atmosphärischen Ozonabbau

Tabelle 3 Auswirkungen der Sauerstoffkonzentration in der Atemluft, Quelle: Landesanstalt für Umwelt, Messungen und Naturschutz Baden-Württemberg

Tabelle 4 Organische Verbindungen werden nach ihrem Flüchtigkeitsgrad gruppiert, Quelle: Umweltbundesamt

Autor: K. Jungk

Bilder:

(1) Gasförmige Bestandteile atmosphärischer Luft – Stickstoff und Sauerstoff sind mit Abstand die beherrschenden Bestandteile der Erdatmosphäre, Quelle: ep/K. Jungk

(2) Menschliche Nase – ein hoch entwickeltes selektives Detektionsorgan für Gerüche (flüchtige organische Verbindungen), Quelle: ep/www.planet-schule.de

(3) Emissionen flüchtiger organischer Verbindungen ohne Methan (NMVOC) Der Anteil des Verkehrs an der CO₂-Bilanz ist seit 1990 bemerkenswert zurückgegangen, Quelle: ep/Umweltbundesamt


Der vollständige Artikel ist in unserem Facharchiv nachzulesen.

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