Feuchtesteuerung und CO₂-Sensoren: Die relative Feuchte ist die falsche Regelgröße

Zwei Sensoren, zwei Displays, dieselbe Lüftungsanlage — und zwei völlig verschiedene Aufgaben. Kohlendioxid ist ein Maß für die Anwesenheit von Menschen; es sagt etwas darüber aus, ob die Luft verbraucht ist. Feuchte ist ein Maß für das Risiko von Tauwasser und Schimmel; sie sagt etwas über das Bauwerk aus. Wer beide in dieselbe Regelung wirft und erwartet, dass die Anlage das schon sortiert, bekommt ein System, das im Winter austrocknet und im Sommer Wasser in den Keller pumpt.

Woher die Tausend kommt

Der bekannteste Grenzwert der Innenraumhygiene stammt aus dem Jahr 1858. Max von Pettenkofer beschrieb 1.000 ppm Kohlendioxid als Kennzeichen guter Luft, und die Zahl hat sich gehalten. Das Umweltbundesamt hat sie 2008 in eine dreistufige Bewertung überführt: unter 1.000 ppm hygienisch unbedenklich, zwischen 1.000 und 2.000 ppm hygienisch auffällig mit der Empfehlung, den Außenluftvolumenstrom zu erhöhen, über 2.000 ppm hygienisch inakzeptabel.

DIN EN 16798-1 geht einen Schritt weiter und rechnet nicht absolut, sondern relativ zur Außenluft. Die Kategorien nennen eine zulässige CO₂-Konzentration über dem Außenluftniveau: 550 ppm für Kategorie I, 800 ppm für Kategorie II, 1.350 ppm für Kategorie III. Weil die Außenluft heute bei rund 420 ppm liegt, entspricht Kategorie II ungefähr den vertrauten 1.200 ppm — und die Zielmarke wandert mit dem globalen Hintergrundwert nach oben.

Für die Praxis heißt das: Ein einzelner Zahlenwert auf einem Display ist wenig wert. Aussagekräftig ist der Verlauf. Ein Schlafzimmer, das um 23 Uhr bei 600 ppm startet und um 6 Uhr bei 2.400 ppm liegt, hat ein Lüftungsproblem, auch wenn tagsüber jede Messung unauffällig ist.

Viele CO₂-Anzeigen messen kein CO₂

Der Preisunterschied zwischen zwei scheinbar gleichen Geräten hat fast immer denselben Grund. Ein echter CO₂-Sensor arbeitet nach dem NDIR-Prinzip: Er strahlt Infrarotlicht bei rund 4,26 Mikrometern Wellenlänge durch eine Messkammer, weil CO₂-Moleküle genau dort absorbieren, und misst, wie viel Licht ankommt. Das ist eine physikalische Messung des Stoffs selbst.

Die günstige Alternative ist ein Metalloxid-Sensor für flüchtige organische Verbindungen. Er misst Ausdünstungen — aus der Atemluft, aber ebenso aus Reinigungsmitteln, Möbeln, Kerzen oder einem geöffneten Parfümflakon. Daraus schätzt eine Software einen Wert, der als „eCO₂“ oder „CO₂-Äquivalent“ ausgegeben wird. In einem belegten Schlafzimmer kann das plausibel aussehen; in einer Küche, in der jemand mit Essigreiniger putzt, schlägt der Wert aus, ohne dass ein Mensch mehr Atemluft abgegeben hätte.

Für eine bedarfsgeführte Lüftungsregelung ist diese Unterscheidung entscheidend. Prüfen Sie deshalb im Datenblatt, ob „NDIR“ ausdrücklich genannt wird. Steht dort nur „Luftqualitätssensor“ oder „eCO₂“, handelt es sich nicht um eine Messung.

Die Selbstkalibrierung braucht eine frische Nacht

Auch NDIR-Sensoren driften: Die Lichtquelle altert, die Optik verschmutzt. Ausgeglichen wird das meist durch eine automatische Baseline-Kalibrierung. Der Sensor merkt sich den niedrigsten Wert, den er über einen Zeitraum von mehreren Tagen gemessen hat, und setzt diesen dem Außenluftwert gleich.

Das Verfahren funktioniert, solange der Raum regelmäßig auf Außenluftniveau kommt. Es geht schief, wenn er das nicht tut: in einem Schlafzimmer, das nie vollständig durchgelüftet wird, in einem dauerbelegten Homeoffice, in einem Serverraum. Der Sensor nimmt dann etwa 900 ppm als Nullpunkt an und zeigt fortan zu niedrige Werte — ausgerechnet dort, wo die Messung am meisten gebraucht wird.

Zwei Gegenmaßnahmen sind üblich. Manche Geräte lassen sich manuell kalibrieren, indem man sie eine halbe Stunde ins Freie legt. Und bei vielen lässt sich die automatische Kalibrierung abschalten — sinnvoll in Räumen mit Dauerbelegung, unsinnig in normalen Wohnräumen. Ein Sensor, der beides nicht anbietet, gehört nicht in eine Regelung.

Warum die relative Feuchte zum Steuern nicht taugt

Ein Hygrometer zeigt die relative Feuchte, also den Anteil der maximal möglichen Wassermenge bei der gerade herrschenden Temperatur. Genau darin liegt das Problem: Derselbe Wassergehalt ergibt bei verschiedenen Temperaturen völlig verschiedene Prozentzahlen.

Rechnen Sie einen Sommertag nach. Draußen 25 Grad bei 70 Prozent relativer Feuchte — Luft kann bei dieser Temperatur rund 23 Gramm Wasser je Kubikmeter aufnehmen, tatsächlich enthält sie also etwa 16 Gramm. Im Keller herrschen 18 Grad und 60 Prozent, das sind rund 9 Gramm je Kubikmeter. Die Kellerluft ist also deutlich trockener als die Außenluft, obwohl das Hygrometer im Keller die höhere Prozentzahl anzeigt, wenn man nur die Zahlen vergleicht. Der Taupunkt der Außenluft liegt bei gut 19 Grad: Jede Fläche im Keller, die kälter ist, wird beim Lüften nass.

Im Winter dreht sich die Rechnung um. Außenluft von minus fünf Grad bei 90 Prozent relativer Feuchte enthält knapp 3 Gramm Wasser je Kubikmeter. Auf 21 Grad erwärmt, entspricht das einer relativen Feuchte von etwa 16 Prozent. Deshalb trocknet jede Lüftung im Winter aus, und deshalb ist die Feuchterückgewinnung eines Enthalpietauschers keine Spielerei, wie der Beitrag zur Wärmerückgewinnung zeigt.

Eine brauchbare Feuchteregelung vergleicht deshalb zwei absolute Feuchten — innen und außen — und lüftet nur, wenn die Außenluft tatsächlich weniger Wasser enthält. Steuerungen, die auf eine feste relative Feuchte von etwa 60 Prozent regeln, tun im Sommerkeller das Gegenteil des Gewollten. Prüfen Sie im Datenblatt, ob das Gerät zwei Sensoren besitzt und den Taupunkt auswertet.

Schimmel entsteht nicht im Raum, sondern auf der Oberfläche

Ein zweiter Denkfehler betrifft den Bezugspunkt. Der Wert auf dem Hygrometer beschreibt die Luft in der Zimmermitte. Schimmel wächst aber nicht in der Luft, sondern auf einer Fläche — und dort herrschen andere Bedingungen, sobald die Wand kälter ist als der Raum.

Die Bauphysik arbeitet deshalb mit der relativen Feuchte unmittelbar an der Oberfläche. Als kritisch gilt ein Dauerwert von 80 Prozent an der Bauteiloberfläche; DIN 4108-2 knüpft ihr Kriterium für Wärmebrücken genau daran. Bei 21 Grad Raumluft und 50 Prozent relativer Feuchte in der Zimmermitte wird dieser Wert bereits an einer Oberfläche von rund 13,5 Grad erreicht. Eine ungedämmte Außenwandecke hinter einem Schrank liegt im Januar durchaus dort.

Das erklärt, warum eine feuchtegeführte Lüftung ein Schimmelproblem lindern, aber nicht lösen kann. Sie senkt die Raumluftfeuchte; die kalte Oberfläche bleibt kalt. Wo die Ursache in einer Wärmebrücke oder in aufsteigender Feuchte liegt, ist der Sensor ein Messinstrument und keine Maßnahme.

Wo die Sensoren hängen müssen

Ein Sensor misst die Luft, die an ihm vorbeikommt, und nichts sonst. Daraus folgen vier Regeln.

1. Auf Aufenthaltshöhe montieren, also etwa 1,2 bis 1,5 Meter über dem Boden — nicht unter der Decke, wo warme, verbrauchte Luft steht, und nicht auf dem Fensterbrett.
2. Abstand zu Türen, Fenstern und Zuluftdurchlässen halten. Ein Sensor im Frischluftstrom meldet Entwarnung, während der Rest des Raums verbraucht ist.
3. Nicht an Außenwände oder hinter Möbel. Für die Feuchtemessung ist das doppelt relevant, weil dort die kältesten Oberflächen liegen.
4. Nicht über einer Wärmequelle. Heizkörper, Lampe oder Rechner verfälschen Temperatur und damit die relative Feuchte.

Für die Feuchteüberwachung eines gefährdeten Bauteils gilt eine Ausnahme: Dort soll gerade an der kritischen Stelle gemessen werden, also an der kältesten Oberfläche hinter dem Schrank an der Außenwand — allerdings als Überwachung, nicht als Regelgröße für die Lüftungsanlage.

Grenzen nach unten gehören in die Regelung

Eine bedarfsgeführte Anlage, die nur nach oben regelt, fährt im Winter regelmäßig zu viel. Legen Sie deshalb drei Parameter fest, bevor die Anlage in Betrieb geht: eine Mindest-Feuchtegrenze, unterhalb derer nicht weiter gelüftet wird, eine Hysterese von etwa 150 ppm, damit die Anlage nicht im Minutentakt zwischen zwei Stufen springt, und eine Nachlaufzeit für Bad und Küche.

Diese Werte gehören in dasselbe Protokoll wie die eingestellten Volumenströme; wie ein solches Protokoll aussieht, steht im Beitrag zur Einregulierung der Luftmengen. Beginnen Sie mit zwei Messgeräten — eines im Schlafzimmer, eines im Keller — und lesen Sie vier Wochen lang die Verläufe. Erst wenn Sie wissen, wann Ihre Werte kippen, lohnt es sich, eine Regelung darauf zu setzen; für dezentrale Lüftungsgeräte gilt das ebenso wie für eine zentrale Anlage.