Innenraumluft: Dicke Luft – die unbekannte Produktivitätsbremse
Sollte Aurel Wünsch in diesem Herbst oder Winter das Wartezimmer einer Arztpraxis betreten müssen, dann würde er dort wohl als Erstes ein Fenster öffnen. „Die Luft in deutschen Arztpraxen ist oft besonders schlecht“, sagt Wünsch. Der 39-jährige Leipziger muss es wissen. Er hat in den vergangenen zwei Jahren Daten aus 17.000 Messreihen in 8000 öffentlichen und halböffentlichen Gebäuden erhoben und in einer weltweit einzigartigen Datenbank zur Innenraumluftqualität zusammengeführt.
Unter www.indoorco2map.com finden sich neben Arztpraxen tausende von Behördenzimmern, Baumärkte, Busse, Bahnen, Läden, Shopping-Malls, Supermärkte und Schulen. Möglichst überall, wo viele Menschen auf engem Raum zusammenkommen, sagt Wünsch, wollte er Daten erheben. Hier stellt er die Ergebnisse erstmals einer breiten Öffentlichkeit vor.
Sie sollten Gesundheitspolitiker und -behörden aufhorchen lassen. Denn ausgerechnet in Schulen und Arztpraxen herrscht oft so schlechte Luft, dass Viren und Bakterien in der Erkältungssaison leichtes Spiel haben. In manchen Klassenzimmern ist die Atemluft zudem so verbraucht, dass kaum noch konzentriertes Lernen möglich ist.
In Büros dürfte die Lage oft nicht besser sein. Deshalb sind die Ergebnisse auch volkswirtschaftlich relevant. Korrekt zu lüften könnte die Gesundheitskosten deutlich senken, und dafür sorgen, dass Mitarbeiter mit klarem Kopf und effizient an ihren Projekten werkeln können. Gute Luft im Büro hat einen spürbaren Einfluss auf die Leistungsfähigkeit der Unternehmen und des Landes. „Erstaunlich, dass das Thema bisher so wenig Aufmerksamkeit bekommt“, findet Wünsch.
Virus-Infektionen wieder auf dem Vormarsch
Es scheint, als hätte Deutschland aus der Pandemie kaum etwas gelernt. Derzeit steigt die Zahl der Covid-Ansteckungen laut neusten Daten des Robert-Koch-Instituts wieder rasant. Zwar hat die Krankheit für viele von ihrem früheren Schrecken verloren. Doch bei verbrauchter Luft in Innenräumen hat nicht nur das Coronavirus leichtes Spiel. Auch alle anderen Keime, die über Aerosole in der Atemluft übertragen werden, etwa Grippe- und Erkältungsviren, können sich in schlecht belüfteten Räumen viel leichter verbreiten als in gut durchlüfteten.
Wünsch bedient sich bei seinen Messungen mobiler CO₂‑Sensoren. Die Geräte kosten in guter Qualität nur noch knapp hundert Euro, sie liefern ein zuverlässiges Ergebnis der CO₂-Konzentration in geschlossenen Räumen. Derzeit erfüllen vier CO₂-Sensoren Wünsch’ Qualitätsanforderungen: Aranet4, Airvalent, AirSpot und Inkbird IAM-T1. „Im Prinzip kann jeder, der einen dieser CO₂-Sensoren und ein Smartphone besitzt, Daten für meinen Innenraumluft-Atlas beitragen“, sagt Wünsch.
Über eine eigens entwickelte App sammelt Wünsch die gemessenen CO₂-Werte und publiziert sie als Landkarte. „So können Eltern, Patienten, Kundinnen oder Restaurantbesucher auf der Karte nachsehen, wie die Luftqualität in den öffentlichen Gebäuden bei ihnen am Ort ist“, sagt Wünsch. Methodisch falsch machen können die Datenlieferanten bei der Messung selbst nicht viel: Sie sollte über einen längeren Zeitraum und nicht direkt neben einem zum Beispiel auf Kipp stehenden Fenster durchgeführt werden. Auch sollten keine Vorhänge oder andere Hindernisse den Sensor abschirmen. Um zu testen, ob ein CO₂-Sensor korrekte Werte ermittelt, kann man ihn zwei oder dreimal mit ins Freie nehmen: Dort muss er etwa 420 ppm (parts per million, also Millionstel der Luftmenge) anzeigen. Das ist der CO₂-Anteil, den Frischluft enthält.
Hohe CO₂-Werte weisen oft auf viele Krankheitserreger hin
CO₂ selbst ist zwar in den von Wünsch gemessenen Konzentrationen nicht direkt gesundheitsschädlich. Aber: „Es eignet sich hervorragend als Indikator für die Wirksamkeit der Belüftung in geschlossenen Räumen“, sagt Christina Hopfe. Die Professorin für Bauphysik der TU Graz hat in den vergangenen Jahren intensiv am Thema Raumluftqualität geforscht. „Hohe CO₂-Werte im Innenbereich weisen zweifelsfrei auf einen hohen Anteil verbrauchter, bereits ausgeatmeter Luft im Raum hin, weil ja die einzige CO₂-Quelle in geschlossenen Räumen wie einem Klassenzimmer der Mensch ist“, sagt Hopfe. Es sei denn, man machte dort offenes Feuer oder betriebe ein Zementwerk.
Mehrere Studien haben in den vergangenen Jahren nachgewiesen, dass hohe CO₂-Werte in der Innenraumluft häufig sehr stark, fast eins zu eins, mit der Menge der Krankheitserreger wie Viren und Bakterien korrelieren. Gerade im nahenden Winter verstärkt sich das Problem: Laut neuesten Studien überleben Viren in trockener Heizungsluft länger. „Ein stark überhöhter CO₂-Wert, etwa 1200 ppm statt der rund 420 in der Außenluft, bedeutet in öffentlichen Räumen mit vielen Menschen praktisch fast immer auch ein stark erhöhtes Ansteckungsrisiko“, sagt Mark Hernandez, Professor für Bau- und Umweltingenieurwesen an der University of Colorado in Boulder, USA, „weil sich statisitisch im Winter auch infektiöse Menschen dort aufhalten.“ Wünsch hat im Winter Werte von bis zu 10.000 ppm in einem Zug gemessen, in Gebäuden waren es bis zu 6000 ppm.
„Diese Luft hat schon mal jemand ausgeatmet“
„Bei so hohen Werten können Sie davon ausgehen, dass Sie zu großen Teilen Luft einatmen, die schon einmal in den Lungen anderer Leute war“, sagt Bauphysikerin Christina Hopfe. Sie hat dazu ein plastisches Rechenbeispiel: Frischluft enthält 21 Prozent Sauerstoff und etwa 0,042 Prozent CO₂, die 420 ppm. Der Körper verstoffwechselt in den Zellen einen Teil des eingeatmeten Sauerstoffs zu CO₂ und atmet das über die Lunge aus: Ausatemluft hat daher nur noch gut 17 Prozent Sauerstoff, vier Prozent sind CO₂. Wenn man einen Raum ausschließlich mit dieser verbrauchten Luft füllen würde, läge die CO₂-Konzentration theoretisch also bei 4 Prozent oder 40.000 ppm. 40.000 ppm sind knapp 100-mal mehr als die 420 ppm der Frischluft. Mit jedem Anstieg um 400 ppm steigt also der Anteil der bereits geatmeten Luft um ein Prozent.
„Klingt nach wenig – aber: Nach 100 Atemzügen atmet man schon zum Teil die Ausatemluft eines anderen Menschen. Da wir 12 bis 15 Mal pro Minute atmen, bedeutet das, dass wir nach rund sieben Minuten eine Lunge voller schon einmal ausgeatmeter Luft eingeatmet haben“, sagt Hopfe – bei 800 ppm CO₂ im Raum. Gemessen haben die Grazer Wissenschaftler in einer Feldstudie oft Werte, die zehnmal so hoch waren.
Besonders schlecht ist die Raumluft neben Arztpraxen ausgerechnet in Schulen. Zwar sei die Datenlage hier dünner als in Supermärkten oder Arztpraxen, sagt Wünsch. „Schüler und Eltern fürchten oft Nachteile, oder man möchte einfach nicht der uncoole Alarmist sein, der mit Pausenbrot und CO₂-Sensor zur Schule kommt.“
Eine breit angelegte Studie aus Österreich liefert genaue und repräsentative Daten. Sie bestätigt Wünschs Verdacht: Christina Hopfe und ihr Kollege Rob McLeod vom Institut für Bauphysik, Gebäudetechnik und Hochbau der TU Graz haben im Schuljahr 2023/24 tagtäglich die CO₂-Konzentrationen in 1200 Klassenzimmern in ganz Österreich systematisch erfasst. Drei Viertel aller Klassenzimmer überschritten täglich den EU-Richtwert von 1000 ppm. Im Winter waren es sogar 88 Prozent.
Die Gründe für die schlechte Luft an Schulen lassen sich grob zwei Kategorien einteilen: mangelndes Problembewusstsein und Kostendruck. Dass die Zahl der Viren nicht nur mit hoher CO₂-Konzentration korreliert, sondern sie bei hohen Kohlendioxid-Anteilen in der Luft auch länger überleben, wissen selbst viele Ärzte nicht. Dabei ist der Zusammenhang von CO₂-Werten in der Raumluft und Gesundheit schon seit Mitte des 19. Jahrhunderts bekannt: Damals erkannte ihn als Erster der Münchner Arzt, Apotheker und Chemiker Max von Pettenkofer und beschrieb ihn 1858 in seinem Buch „Über den Luftwechsel in Wohngebäuden“.
Das Robert Koch-Institut (RKI) hat fünf Jahre nach der Pandemie und trotz eindeutiger Studienlage immer noch kein einziges Referat für Innenraumluftqualität, in Bildungs- und Gesundheitsministerien ist es nicht anders. In seinem aktuellen Bulletin zum Infektionsrisiko und zur Innenraumluft von Mitte 2024 anerkennen die RKI-Mediziner zwar den Zusammenhang zwischen CO₂ und Infektionsrisiko, sind aber nach wie vor der Ansicht, genau beziffern lasse der sich nicht. Im Abschnitt „Gegenmaßnahmen“ halten die RKI-Experten denn auch „Fensterlüften“ für „grundsätzlich ausreichend“, um etwa in Klassenräumen die nötige Luftqualität herzustellen.
Weltfremde Empfehlung des RKI
Als „gut“ setzt das RKI dabei den von Pettenkofer etablierten Grenzwert von 1000 ppm CO₂ an. Der aber ist für das effektive Verringern von Krankheitskeimen viel zu hoch. Aufgestellt hat ihn Pettenkofer 1858 nicht eben nach heutigen wissenschaftlichen Standards, sondern mit denen des 19. Jahrhunderts: Er ging in Hörsäle und Kneipen, maß dort den „Antheil der Kohlensäure in der Atemluft“ – die Begriffe Kohlensäure und CO₂ wurden damals synonym verwendet – und ermittelte dann per Umfrage unter Bierdimpfeln und Studenten, dass diese ab etwa 1000 ppm wohl Kopfschmerzen bekämen oder schneller müde würden.
Lüftungsexpertin Christina Hopfe glaubt nicht an die Wirksamkeit des Fensterlüftens in Klassenzimmern: „Das kommt zwar zum Beispiel auf die Belegungsrate in einem Raum an“, sagt sie. „aber in einem durchschnittlichen Klassenzimmer sitzen dafür einfach viel zu viele Kinder auf zu wenig Raum.“ Hopfes Studie liefert dazu konkrete Zahlen: Empfohlen werden von der EU 10 Liter Frischluft je Person pro Sekunde, um wenigstens den 166 Jahre alten Pettenkofer-Richtwert einzuhalten. In den USA waren in der Pandemie sogar 20 Liter vorgeschrieben. „Erreicht wurden in den von uns untersuchten Klassenzimmern, in denen manuell über die Fenster gelüftet wurde, im täglichen Durchschnitt nur vier Liter pro Person und Sekunde“, sagt Hopfe.
Heizkosten sind wichtiger als gesunde Luft
Helfen würde dagegen mechanische Belüftung. „In Schulen mit Lüftungsanlagen war die Luftqualität auch im Winter deutlich besser“, sagt Hopfe. Aber: Keine einzige der 1200 Schulen in der Untersuchung hielt die europäische Norm an jedem Tag ein. Ein möglicher Grund: Lüftungsanlagen kosten Geld; nur rund zehn Prozent der Schulen besitzen eine. Selbst wenn es eine gibt „laufen die Anlagen oft nicht, sie sind stark gedrosselt oder speisen zu wenig frische Luft von außen ein, sie wälzen die Luft zum Großteil also nur um“, sagt Hopfe. Der Grund: Frischluft ist im Winter kalt und muss aufgeheizt werden. Spätestens mit den seit 2022 stark gestiegenen Heizkosten gewinne in vielen Schulen der Kostendruck gegen die gute Luft, sagt Hopfe. Und manchmal ließen sich noch nicht mal die Fenster öffnen. „Oft sind in Klassenzimmern sogar die Griffe von den Fenstern abgeschraubt“, weiß Hopfe. Oder die Fenster lassen sich wegen der Tischaufstellung kaum öffnen.
Unter den Tisch fällt dabei unter anderem, dass verbrauchte Luft nicht nur zu erhöhter Ansteckungsgefahr führt, sondern auch die kognitive Leistungsfähigkeit, besonders die Konzentration, stark beeinträchtigt. Dutzende Studien, unter anderem von der US-Elite-Uni Harvard, haben das nachgewiesen.
Schon bei einer Verdopplung des CO₂-Gehalts auf 800 ppm hatten etwa US-Studenten deutlich schlechtere Ergebnisse in den selben Prüfungen als die Kontrollgruppen mit Frischluft (420 ppm). In einigen Versuchen verschlechterten sich die Prüfungsergebnisse bei 1400 bis 2000 ppm CO₂ in der Raumluft um 50 Prozent – in Schulen sind die Werte oft weit höher. Unternehmen mit ihren Großraumbüros und Schulen hätten also eigentlich großes Interesse an guter Raumluft. „Vor diesem Hintergrund wäre es auch interessant, wie die PISA-Studien bei besserer Luft ausfallen würden“, sagt Aurel Wünsch.
Dass darauf so gut wie kein Wert mehr gelegt werde, sei „kurzsichtig und nicht akzeptabel“, findet Forscherin Hopfe. Die indirekten Kosten der schlechten Luft in Klassenzimmern, die sie zum Superspreader-Hub machten, habe noch niemand genau beziffert, sagt Lüftungsexpertin Hopfe. „Aber Unterrichtsausfälle durch erkrankte Lehrer kosten Geld, und wenn Schülerinnen erkranken, bleiben oft auch die berufstätigen Eltern zu Hause oder werden selbst krank.“ Die indirekten Kosten der schlechten Schulluft gehen sicherlich in die Milliarden.
Zumindest im Schulneubau müssten mechanische Lüftungsanlagen vorgeschrieben sein, meint Bauphysikerin Hopfe: „Bestehende Schulen mit Lüftungsanlagen nachzurüsten, wäre sinnvoll, sprengt aber sicherlich in den meisten Fällen den Kostenrahmen.“ In Bestandsgebäuden seien HEPA-Filter, die zwar nicht den CO₂-Anteil senken, besser als nichts. Immerhin können sie einige Viren und Bakterien herausfiltern.
An Schulen, in denen nur manuell gelüftet werden kann, braucht es einstweilen kreative Ideen. So haben sich etwa in den USA, Kanada, Großbritannien und Skandinavien „Air Manager“ bewährt – eine Art zweiter Klassensprecher, die dann befugt sind, die Fenster kurz auf Durchzug zu stellen, wenn ein CO₂-Sensor im Klassenzimmer zu hohe Werte misst.
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