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Testmessungen

Schlechte Luft in Klassenräumen führt zu Konzentrationsstörungen

Um die Qualitäten unseres air-Q in der Praxis zu erproben, haben wir im Juni 2018 Testmessungen in einer Grundschule vorgenommen. Für den Messzeitraum vom 18. bis zum 19. Juni 2018 begleitete air-Q außerhalb der Reichweite von Kinderhänden den Schulunterricht an jenen heißen Sommertagen.

Unser Anliegen bestand darin, die Luftqualität in Klassenräumen zu messen, deren Folgen zu analysieren, und eventuelle Einschränkungen in der Leistungsfähigkeit wie zum Beispiel Konzentrationsstörungen der Schülerinnen und Schüler zu ergründen. Zu diesem Zweck zeichneten wir mit dem Luftanalysator air-Q zwischen 7 Uhr und 13:30 Uhr alle Veränderungen in der Luft des Klassenzimmers auf. Der besondere Fokus lag bei dieser Messung auf Stoffen, wie Kohlenstoffdioxid (CO₂), Sauerstoff (O₂) und flüchtige organische Substanzen (VOC-Gase). Aber auch die Temperatur und möglicher Lärm wurden genauer unter die Lupe genommen.

Richtig Lüften und so die Lernmotivation steigern

Für die CO₂-Konzentration der Luft zeigte sich an beiden Tagen ein ähnlicher Verlauf, was mit der gleichen Verteilung von Unterricht und Pausen erklärt werden kann. Der erste Anstieg des CO₂-Gehalts am Morgen erklärt sich durch die Besetzung des Klassenraums und den Beginn der ersten Schulstunde. Ein großer Unterschied an beiden Tagen zeigte sich um 8:30 Uhr, zum Zeitpunkt der ersten Pause. Am 18. Juni wurden danach die Fenster geöffnet und der Klassenraum richtig gelüftet. So konnte frische Luft in den Raum strömen und das Kohlenstoffdioxid nahm ab. Am 19. Juni wiederum blieben die Fenster geschlossen. Durch das Atmen der Kinder stieg der CO₂-Anteil der Luft rasant an.

Kohlendioxid-Konzentration in Klassenzimmer am ersten Messtag
Kohlendioxidkonzentration am ersten Messtag

Da sich der Lärm von außen störend auf den Unterricht auswirken würde, wurden die Fenster wieder geschlossen. Dies führte zu einem dramatischen Anstieg des Kohlendioxidgehalts. Laut Studien können bereits bei einer CO₂-Konzentration von 1000 ppm (parts per million) Leistungsdefizite auftreten. Im Klassenraum wurden allerdings über 2000 ppm gemessen. Am ersten Messtag wurde gegen 10 Uhr sogar der Wert von 3000 ppm überschritten.

Somit war von einer merklichen Konzentrationsstörungen der Schülerinnen und Schüler auszugehen. Diese Beeinträchtigung äußerte sich nicht nur in ihrer Unkonzentriertheit, sondern auch in einer verstärkten Müdigkeit der Kinder. Die Motivation zum Lernen kann dadurch sinken oder gar ganz verloren gehen. Außerdem können vermehrt Rechtschreib- bzw. Rechenfehler auftreten.
Erst durch die Lüftung während der großen Pause konnte das Klassenzimmer wieder mit ausreichend Frischluft versorgt werden. An beiden Tagen blieben die Fenster nach der Hofpause daher geöffnet.

Die Entwicklung des Sauerstoffgehalts im Klassenzimmer verlief entgegengesetzt zu der des Kohlendioxids, da das eingeatmete O₂ als CO₂ wieder ausgeatmet wird. Durch die Lüftung konnte der Sauerstoffvorrat im Raum wieder aufgefüllt werden.
Zumindest ist der Klassenraum groß genug, dass auch über einen längeren Zeitraum ohne Lüftung eine Erstickung der Schüler ausgeschlossen werden konnte. Als unbedenklich gilt im Allgemeinen eine Sauerstoffkonzentration zwischen 18 % und 21 %. Entsprechend der höchsten CO₂-Konzentration wurde der niedrigste O2-Wert am 18. Juni gegen 10 Uhr gemessen. Zu dem Zeitpunkt sank der Sauerstoffgehalt im Klassenraum auf fast 20 % ab.

Über die Atmung und die Haut der Schüler werden VOC-Gase freigesetzt. Sofern der Raum nicht gelüftet wird, steigt die Konzentration an flüchtigen organischen Stoffen – ähnlich zum Kohlendioxid. Auch hier stiegen die Kurven an beiden Messtagen gegen 10 Uhr beträchtlich an. Mit ca. 430 ppb (parts per billion) war der höchste Ausschlag allerdings am 19. Juni kurz vor 8:30 Uhr zu beobachten. Vermutlich steht das im Zusammenhang damit, dass an jenem Tag nach der ersten Unterrichtsstunde auf das Lüften verzichtet wurde. Das Freisetzen dieser Gase trägt ebenfalls zur Verringerung der Konzentrationsfähigkeit bei. Allerdings ist in diesem Fall eine genaue Bewertung nicht eindeutig möglich, da die VOC-Gase sehr unterschiedlicher Art sind und dementsprechend unterschiedliche Auswirkungen haben.
Erhöht sich die VOC-Konzentration im Raum auch bei geschlossenem Fenster und in Abwesenheit von Personen, ist das ein starkes Indiz für eine chemische Belastung von z.B. Laminatböden, Wandfarben, Textilien oder Schimmel. Um dies zu untersuchen, zeichnete der air-Q auch nach Unterrichtsschluss verschiedene VOC-Werte weiter auf. Dabei konnte kein Anstieg dieser festgestellt werden.

Temperatur in der Schule am zweiten Messtag
Temperaturkurve am zweiten Messtag

An beiden Messtagen war die Raumtemperatur sehr hoch, teilweise betrug sie über 27°C. Ein Umstand, der weiterhin zur Verringerung der Konzentrationsfähigkeit der Schülerinnen und Schüler beitrug. Das Öffnen der Fenster bewirkte eine Abkühlung von nur 1°C. Eine Entlastung der Kinder an solch heißen Sommertagen könnte lediglich durch das Aufstellen eines leisen und milden Ventilators erreicht werden.

Der gemessene Lärmpegel des Klassenzimmers verzeichnete im Messzeitraum keine sonderlich hohen Werte. Die Verläufe des Schalldruckpegels spiegelten das Abwechseln von Unterricht und Pausen sehr eindeutig wider, da an beiden Tagen ruhige und laute Phasen jeweils zu gleichen Zeiten und in einem Takt auftreten. Da in den Unterrichtszeiten kein Außenlärm eindringt, liegen die an beiden Tagen ermittelten Höchstwerte von bis zu 70 dB(A) (Dezibel) noch unterhalb der gesundheitsschädlichen Grenze von 80 dB(A).

Des Weiteren wurde die Luftfeuchtigkeit im Klassenraum gemessen. Auch hier wurde an beiden Tagen gegen 10 Uhr die höchste Konzentration von über 43% ermittelt. Für das Wohlbefinden und damit die Leistungsfähigkeit wird eine Luftfeuchtigkeit von 40 bis 60% empfohlen. Während diese Richtwerte am 19. Juni größtenteils eingehalten werden konnten, sank der Feuchtigkeitsgehalt der Luft am ersten Messtag ab etwa 10:15 Uhr dauerhaft auf Werte unter 40%. Trockene Luft kann nicht nur die Atemwege austrocknen und die Verbreitung von Krankheitserregern begünstigen. Sie wird auch als unangenehm empfunden und kann dadurch die Leistungsfähigkeit beeinträchtigen.


Unser Fazit: Durch die Analyse der Luftqualität Konzentrationsstörungen vermeiden und Motivation zum Lernen steigern

Wie der untersuchte Klassenraum verfügen die meisten deutschen Schulgebäude über kein verbautes Lüftungssystem. Damit kann es als repräsentativ für viele deutsche Klassenzimmer angesehen werden. Besonders auffällig bei unseren Messungen waren die raschen Anstiege von Kohlenstoffdioxid sowie den VOC-Gasen bei geschlossenen Fenstern. Sofern von außen kein störender Lärm in den Raum dringt, kann in der warmen Jahreszeit über lange Zeit gelüftet werden. In den kalten Jahreszeiten ist dies allerdings selten eine Option. Es ist davon auszugehen, dass zu diesen Zeiten die Anteile sowohl von CO₂ als auch von flüchtigen organischen Substanzen in der Luft ein weit höheres Niveau erreichen. Das hat erhebliche Auswirkungen auf die Konzentrationsfähigkeit und somit auf das Lernvermögen der Schüler.

Lärmentwicklung in Schule an beiden Messtagen
Lärmentwicklung an beiden Messtagen

Daher empfehlen wir Lehrern, regelmäßig die Fenster zu öffnen und den Raum richtig zu lüften. Doch auch beim richtigen Lüften zwischen den Unterrichtseinheiten – wie im vorliegenden Fall – können der Kohlendioxid- und der VOC-Gehalt leistungseinschränkende Werte erreichen. Generelle Einbußen in der Lernfähigkeit der Kinder durch schlechte Luft sind demnach nicht auszuschließen.

Für eine genauere Einschätzung der Luftqualität des Klassenzimmers müsste allerdings eine kontinuierliche Messung über einen längeren Zeitraum vorgenommen werden.

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air-Q Luftqualität Messgerät

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