Stickige Räume: Wieso Sauerstoffmangel nicht das Problem ist

Mythos Raumluft: Einfach erklärt

Wenn wir atmen, nehmen wir Sauerstoff (O₂) auf und geben Kohlendioxid (CO₂) ab. Befinden sich viele Menschen in einem Raum, entsteht besonders viel Kohlendioxid. Dies kann zu stickiger Luft führen. Ein etwas niedrigerer Sauerstoffgehalt in der Luft ist kein Problem, da der Sauerstoff in einem Raum für mehrere Tage ausreicht.

Es ist jedoch wichtig, dass die Konzentration von Kohlendioxid in der Luft niedrig bleibt, da hohe Konzentrationen unangenehm sind und Kopfschmerzen verursachen können.

Deshalb sollte man Räume regelmäßig lüften oder eine Belüftungsanlage einrichten. Das stellt sicher, dass frische Luft in den Raum kommt und Kohlendioxid nach draußen geht.

Wissenschaftlich erklärt – Der menschliche Sauerstoffverbrauch

Die Luft in unserer Atmosphäre ist ein Gemisch aus 

• 78 % Stickstoff
• 21 % Sauerstoff 
• ca. 1 % weitere Gase.

Alle Angaben sind auf das Volumen bezogen. Das letztgenannte Prozent umfasst insbesondere verschiedene Edelgase (0,94 % bzw. 9400 parts per million/ppm^[1]https://www.einheiten-umrechnen.de/einheiten-rechner.php?typ=partsper), Spuren von Stickoxiden und Methan sowie Kohlendioxid (0,04 % bzw. 400 ppm)^[2]https://www.cosmos-indirekt.de/Physik-Schule/Luft. Diese Luft-Zusammensetzung trifft grundsätzlich auch auf geschlossenen Räume zu. Halten sich jedoch Menschen oder andere atmende Lebewesen darin auf, verändert sich das Luftgemisch (und auch die Luftqualität) mit der Zeit.

Ein einzelner, erwachsener Mensch vollzieht in Ruhe etwa 12 bis 20 Atemzüge^[3]https://medlexi.de/Atemfrequenz^[4]Thiemes Pflege. Das Lehrbuch für Pflegende in Ausbildung (2017). Schewior-Popp, Sitzmann, Ullrich. Georg Thieme Verlag KG mit einem Volumen von jeweils ca. 0,5 Litern Luft^[5]https://atemschutzlexikon.com/lexikon/lexikon-a/atemvolumen/2020/[/ref[ref]https://www.lungenliga.ch/de/die-lungen-schuetzen/wissen-zur-lunge/atmung-und-atemwege.html pro Minute. Unsere Lungen können der Luft jedoch nicht den gesamten Sauerstoff entziehen, sondern nur etwa 4 % von insgesamt 21 % Sauerstoff in der Luft. In der Ausatemluft sind noch 16 bis 17 % Sauerstoff enthalten^[6]https://www.uni-muenster.de/imperia/md/content/fachbereich_physik/didaktik_physik/materialien/materialbeisswenger/gewicht_von_luft_usw..ppt^[7]https://www.lungenliga.ch/gesunde-lunge/lunge-atmung. Demzufolge beträgt der Sauerstoffverbrauch für einen Erwachsenen pro Minute maximal

20 (Atemzüge) x 0,5 Liter (Luft pro Atemzug) x 0,06 (Anteil Sauerstoff) = 0,6 Liter = 600 Milliliter Sauerstoff.

Dass dieser Sauerstoffbedarf erst nach einer sehr langen Zeit zu einem Sauerstoffmangel in Innenräumen führt, zeigen folgende Beispielrechnungen. Dabei nehmen wir zur Vereinfachung an, dass keinerlei Luftaustausch mit der Außenwelt stattfindet:

Beispiel 1: Wohnzimmer (20 m², Deckenhöhe 2,40 m) mit 5 (erwachsenen) Personen:

• Verfügbarer Sauerstoff im Raum: 20 m² (Fläche) x 2,40 m (Deckenhöhe) x 0,21 (Sauerstoffanteil der Luft) = 10,08 m³ = 10.080 Liter (1 m³ = 1000 Liter)
• Sauerstoffverbrauch pro Stunde: 5 (Personen) x 60 (Minuten) x 0,6 L (Sauerstoffbedarf pro Minute) = 180 Liter pro Stunde
• Zeit, bis der gesamte Sauerstoff aufgebraucht ist: 10.080 Liter (verfügbarer Sauerstoff) / 180 Liter pro Stunde = 56 Stunden

Beispiel 2: Konferenzraum (50 m², Deckenhöhe 3 m) mit 30 (erwachsenen) Personen:

• Verfügbarer Sauerstoff im Raum: 50 m² (Fläche) x 3 m (Deckenhöhe) x 0,21 (Sauerstoffanteil der Luft) = 31,5 m³ = 31.500 Liter (1 m³ = 1000 Liter)
• Sauerstoffverbrauch pro Stunde: 30 (Personen) x 60 (Minuten) x 0,6 L (Sauerstoffbedarf pro Minute) = 1080 Liter pro Stunde
• Zeit, bis der gesamte Sauerstoff aufgebraucht ist: 31.500 Liter (verfügbarer Sauerstoff) / 1080 Liter pro Stunde = 29.17 Stunden

Würden sich alle Anwesenden durchgehend sportlich betätigen – mit einem Atemvolumen von 100 Litern Luft pro Minute^[8]Your lungs and exercise. (2016). Breathe (Sheffield, England), 12(1), 97–100. https://doi.org/10.1183/20734735.ELF121 – entspräche das mit 100 Liter x 0,06 = 6 Litern etwa dem zehnfachen Ruheverbrauch. doch selbst dann würde die Luft für über 5 Stunden (Beispiel 1) bzw. knapp 3 Stunden (Beispiel 2) ausreichen! Doch in der Realität dauert es normalerweise noch länger. Denn: Meist findet ein Austausch mit der Umgebungsluft statt – entweder durch Fenster, Türen zu Nebenräumen oder Belüftungsanlagen.

Der Blick auf’s CO₂

Wie die Rechenbeispiele zeigen, ist der menschliche Sauerstoffverbrauch offensichtlich nicht für die schlechte Luftqualität verantwortlich, die sich in unbelüfteten Räumen mit der Zeit einstellt. Doch wie sieht es in Hinblick auf die steigende Kohlendioxidkonzentration aus? Durch Anreicherung mit Kohlendioxid steigt dessen Anteil in der ausgeatmeten Luft (nicht in der gesamten Raumluft!) von 0,04 % auf ca. 4 % (40.000 ppm). Pro Erwachsenem sind entspricht das

20 (Atemzügen) x 0,5 Liter (Luft pro Atemzug) x 0,04 (Anteil CO₂) = 0,4 Litern ausgeatmetem CO₂ pro Minute.

Dies führt zu folgenden Kohlendioxidkonzentrationen in den obigen Beispielen:

• Beispiel 1: 5 (Personen) x 60 (Minuten) x 0,4 Liter (ausgeatmetes CO₂ pro Minute) = 120 Liter CO₂ in 10.080 Litern Gesamtluft => ca. 1,1 % CO₂ = 11.000 ppm
• Beispiel 2: 30 (Personen) x 60 (Minuten) x 0,4 Liter (ausgeatmetes CO₂ pro Minute) = 720 Liter CO₂ in 31.500 Litern Gesamtluft => ca. 2,3 % CO₂ = 23.000 ppm

Auch diese Rechnung nimmt der Einfachheit halber an, dass kein Luftaustausch mit der Außenwelt stattfindet. Doch sind diese errechneten CO₂-Werten in irgendeiner Weise bedenklich?

Wie viel Kohlendioxid ist (un)gesund?

Schon 1958 legte der deutsche Chemiker und Mediziner Max von Pettenkofer einen Innenraumluftwert für Kohlenstoffdioxid von maximal 1000 ppm fest (Pettenkofer-Zahl). Er ging davon aus, dass höhere CO₂-Werte sind mehr „behaglich“ für den Menschen seien und dass Schüler durch Maßnahmen zur Reinhaltung der Luft in Schulen gesundheitlich profitieren würden^[9]Pettenkofer (1858). Besprechung Allgemeiner auf die Ventilation bezüglicher Fragen. Über den Luftwechsel in Wohngebäuden. J.G. Cottaísche Buchhandlung, München.

Laut Umweltbundesamt gilt eine Konzentration von 1000 ppm Kohlendioxid in der Raumluft als unbedenklich. 1000 bis 2000 ppm Kohlendioxid hingegen gelten als auffällig, während mehr als 2000 ppm als inakzeptabel erachtet werden^[10]Bekanntmachung des Umweltbundesamtes aus dem Jahr 2008 (Gesundheitliche Bewertung von Kohlendioxid in der Innenraumluft). Die gesundheitlichen Auswirkungen von zu viel Kohlendioxid in der Raumluft äußern sich in Form von Kopfschmerzen, Müdigkeit, Schwindel und Konzentrationsschwäche^[11]https://www.dguv.de/ifa/praxishilfen/innenraumarbeitsplaetze/raumluftqualitaet/index.jsp. Studien deuten darauf hin, dass Kohlendioxidkonzentrationen ab einer Größenordnung zwischen 1000 und 3000 ppm auch kognitive Funktionen beeinträchtigen können^[12]Didong Chen, Gesche Huebner, Emmanouil Bagkeris, Marcella Ucci, Dejan Mumovic: Effects of short-term exposure to moderate pure carbon dioxide levels on cognitive performance, health symptoms and … Weiterlesen^[13]Yuejie Fan, Xiaodong Cao, Jie Zhang, Dayi Lai, Liping Pang: Short-term exposure to indoor carbon dioxide and cognitive task performance: A systematic review and meta-analysis. Building and … Weiterlesen.

Einer an deutschen Schulen durchgeführten Studie zufolge können zweiminütige Lüftungspausen alle 20 min. Unterricht eine „wesentliche Verbesserung“ bewirken^[14]Tiesler G, Schönwälder HG, Ströver F (2008). Gesundheitsfördernde Einflüsse auf das Leistungsvermögen im schulischen Unterricht. ISF – Institut für interdisziplinäre Schulforschung, … Weiterlesen. Einen Anhaltspunkt bieten auch CO₂-Sensoren, die dessen Gehalt in der Umgebungsluft kontant messen.

Können Pflanzen die Luftqualität verbessern?

Zimmerpflanzen können durch Fotosynthese den Kohlendioxidgehalt in Innenräumen zwar leicht verringern und den Sauerstoffgehalt erhöhen. Dieser Effekt ist allerdings viel zu schwach, als er sich in einem Raum mit Menschen bemerkbar machen würde. Zudem verbrauchen Pflanzen selbst auch Sauerstoff und betreiben nur dann Fotosynthese, genügend Licht zur Verfügung steht.

Des Weiteren kursiert der Mythos, dass Pflanzen zu einem gesünderen Raumklima beitragen würden, indem sie gewisse Schadstoffen herausfiltern. Doch auch in dieser Hinsicht haben Pflanzen einen verschwindend geringen Einfluss (siehe auch diesen Artikel).

Fazit

Nicht der Mangel an Sauerstoff ist es, der die Luft von Innenräumen nach einiger Zeit „ungenießbar“ macht. Der steigende Anteil des von Menschen ausgeatmeten Kohlendioxids in der ist verantwortlich für die sinkende Luftqualität. Leider sorgen Zimmerpflanzen hier nicht für Abhilfe, da sie keinen merklichen Effekt auf den CO₂-Gehalt haben. Die einzig bewährte Möglichkeit besteht darin, die „verbrauchte“ Luft auszutauschen, sei es durch Lüften oder mittels Klimaanlagen.