Luft ist nicht gleich Luft

Seit mehreren Jahren tüftle ich mit den verschiedensten Luftgüte-Sensoren immer dann herum, wenn ich mal Zeit habe. Schon vor Corona war es wichtig, dass unsere Büro-, Arbeits- und Privaträume eine gute oder zumindest brauchbare Luftqualität aufweisen. Denn wer kennt das nicht von damals (lang lang ist’s her) in vollen Besprechungsräumen, in denen die Luft so „verbraucht“ war, dass man nicht mehr klar denken konnte. In meiner Blogbeitragsserie möchte ich euch einige Raumluftqualität-Sensoren vorstellen und vergleichen. Als Erstes möchte ich euch den K30 bzw. K30 FR (Fast Response) von Senseair in Verbindung mit dem ESP8266 vorstellen.

Aller Anfang ist schwer

Als bester Indikator für die Luftqualität in einem Innenraum eignet sich der CO2-Gehalt in der Raumluft. Der CO2-Gehalt der Luft wird meistens in ppm (parts per million) angegeben. Die erste Frage, die man sich stellt ist: Was messe ich denn da jetzt eigentlich und was ist überhaupt ein guter ppm-Wert?  Und wie es eben oftmals so ist, lautet die Antwort: Es kommt drauf an. Wie schaut es denn an der „frischen Luft“ draußen aus?

Heutzutage bewegt sich der ppm-Wert der Außenluft normalerweise ungefähr zwischen 350 ppm auf dem Land und 450 ppm in Innenstädten, jedoch schwankt dieser Wert von Tag zu Tag. Des Weiteren steigt dieser Grundwert seit der Industrialisierung. Wen es interessiert, wie es so auf der Welt mit dem CO2-Gehalt aussieht, der kann sich unter https://unwetter-radar.de/co2-radar/ ein Bild machen. Aber das ist immer noch viel viel besser als eine Besprechung, die ich mal gemessen habe mit einem Höchstwert von über 3400 ppm. Ob da noch was Produktives rausgekommen ist – wer weiß?

Schauen wir uns als Erstes CO2-Sensoren generell an.
CO2-Sensoren kann man nach ihrer Funktionsweise in drei Kategorien unterteilen:

• NDIR (non-dispersive infra-red) Sensoren
• Elektrochemische Sensoren
• MOS (Metal Oxide Semiconductor) Sensoren

„Der erste Sensor“

Der K30-FR-Sensor ist momentan der teuerste in meinem Besitz befindliche Luftqualitätssensor und wird in der Zukunft vorerst als Referenzwert-Lieferant seine Dienste tun.

Eigenschaften des K30-FR-Sensors:

• Gute Genauigkeit
• Großer Temperatur- und Feuchtigkeitsarbeitsbereich
• Vorkalibriert bei 400ppm

 

Hardware und Software

Hardware:

• Raspberry Pi
• ESP8266
• K30 FR
• LED-Ampel

Software:

• Node Red
• MQTT
• I2C

Der im Bild zu sehende RPi ist zuständig für die Anzeige der erhobenen Messwerte in einem Node-Red-Dashboard, welche er vom ESP8266 über MQTT übermittelt bekommt.
Die LED-Ampel wird momentan mit festgelegten Grenzwerten über den ESP8266 angesteuert, an welchem auch der K30 FR angeschlossen ist.
Da aber der Standort des Sensors eine Rolle für die Messungen spielt, kann man die LED-Ampel z.B. später entweder an den RPi anschließen oder an einen eigenen ESP8266.

Node-Red-Dashboard K30 FR und BME680| Foto © Fabian Justi

Wenn einen die aktuellen Raumwerte und ihr Verlauf interessieren oder die Ampel nicht in Sichtweite ist, eignet sich ein leicht aufzusetzendes Node-Red-Dashboard.

Wann ist „zu viel“ zu viel?

Bei den Grenzwerten habe ich mich an den Empfehlungen des Umweltbundesamtes orientiert:

? Grün bis zu einer CO2-Konzentration von 1000 ppm
? Orange bis zu einer CO2-Konzentration von 2000 ppm
? Rot bei einer CO2-Konzentration über 2000ppm

Im orangenen Bereich ist man mit mehreren Kollegen im Büro relativ schnell.
Aber wer jetzt denkt: „Ach, zuhause im Home-Office bin ich doch alleine – bis mich die CO2-Konzentration in meiner Konzentrationsfähigkeit beeinflusst, bin ich schon längst im Feierabend“, der liegt leider falsch.
Denn schon alleine schafft man es je nach Raumgröße innerhalb einer Stunde in den orangenen Bereich und sollte dementsprechend auch alleine in einem Raum öfters am Tag das Fenster öffnen ;).

Folgen von einem zu hohen CO2-Gehalt in der Luft können sein:

• Unwohlsein
  
• Konzentrationsschwäche
• Produktivitätsverlust
• Erhöhtes Ansteckungsrisiko

Vor allem in Zeiten von Corona ist der vierte Punkt besonders interessant, denn wenn in einem Raum eine erhöhte CO2-Konzentration herrscht, gibt es dort auch besonders viele Keime und Aerosole; die Ansteckungsgefahr steigt meines Erachtens enorm an.
Bei einer wissenschaftlichen Untersuchung von Rudnick S.N., Milton D.K. 2003 steckten sich bei einer infizierten Person im Raum bei:

• 1000 ppm ca. 15% der im Raum befindlichen Personen mit der Grippe an.
• 2000 ppm ca. 40% der im Raum befindlichen Personen mit der Grippe an.
• 3000 ppm ca. 50% der im Raum befindlichen Personen mit der Grippe an.

Ausblick

Den Quellcode für den K30-Sensor und einige weitere Luftqualitätssensoren findet ihr hier.
Mein Ziel ist es, für die verschiedensten Luftqualitätssensoren ein funktionierendes Einstiegsbeispiel für den ESP8266 bereitzustellen.
Denn es ist für mich wichtig zu wissen: Funktioniert der Sensor, welchen ich da habe, überhaupt und wie kann ich ihn benutzen?
Meine Erfahrungen und Erkenntnisse möchte ich gerne mit euch teilen.