Bessere Raumlauft durch LoRaWAN?

Während wir uns in einem anderen Beitrag bereits ausführlich mit schlechter Luftqualität und Feinstaubbelastung im städtischen Bereich auseinandergesetzt haben, ist eine nähere Betrachtung der Überwachungsmöglichkeiten der Luftqualität in Innenräumen durch LoRaWAN ebenfalls eine gute Idee.

 

Warum ist die Luftqualität von Innenräumen so wichtig?

Ein schlechtes Raumklima beeinträchtigt nicht nur die allgemeine Luftqualität, sondern stellt auch eine große Gefahr für die Gesundheit der Personen innerhalb dieser Räume dar. In den letzten Jahren haben die Umweltbehörden der Innenraumluftqualität immer mehr Aufmerksamkeit geschenkt und die damit verbundenen Vorgaben werden immer strenger. Ein nicht geringer Anteil von Menschen verbringt etwa 90 % ihrer Zeit in Innenräumen. Daher ist es wenig überraschend, dass die Innenraumluftqualität einen erheblichen Einfluss auf die Gesundheit und die Lebensqualität im Allgemeinen hat. Mittlerweile überrascht es kaum noch jemanden, dass miserable Qualität der Raumluft schädlich für gefährdete Gruppen wie Kinder oder Menschen mit chronischen Atemwegs- und/oder Herz-Kreislauf-Erkrankungen ist.

Allerdings ist die Entwicklung von Überwachungs- und Behandlungstechnologien derzeit noch unausgereift. In vielen Bereichen werden immer noch manuelle Probenahmen und Laboranalysen zur Überwachung eingesetzt, was nicht nur ineffizient, sondern auch kostspielig und zeitaufwändig ist. Die Nutzung der LoRa-Technologie zum Aufbau eines Systems zur Überwachung der Luftqualität in Innenräumen ist eine Möglichkeit, mit diesem Problem umzugehen.

Wieso kostengünstige Systeme zur Überwachung der Raumluftqualität so wichtig sind, hat insbesondere die jüngere Vergangenheit deutlich gemacht. In den letzten zwei Jahren hat die COVID-19-Pandemie in vielen Gebieten der Welt weiterhin verheerende Auswirkungen, da sich die Infektion durch den Kontakt von Mensch zu Mensch ausbreitet. Die Übertragung und die Prognose nach einer Infektion werden durch viele Faktoren beeinflusst, darunter auch die Luftverschmutzung in Innenräumen. Feinstaub ist ein komplexes Gemisch aus festen und/oder flüssigen Partikeln, die in der Luft schweben und in Größe, Form und Zusammensetzung variieren können. Einige wissenschaftliche Arbeiten bringen eine höhere Feinstaubkonzentration mit einem beträchtlichen Risiko für COVID-19-Infektionen in Verbindung. Frühwarnsysteme und das Internet der Dinge (IoT) haben zur Entwicklung von Low-Power-Wide-Area-Networks (LPWAN) auf der Grundlage von Sensoren geführt, die den Feinstaubgehalt messen und die Luftverschmutzungsqualität in den Innenräumen in Echtzeit überwachen.

Die COVID-19-Pandemie hat die Überwachung der Innenraumluftqualität in den Vordergrund gerückt, da sie eine entscheidende Rolle bei der Minimierung der Virusübertragung in Schulen, Büros und Restaurants spielt. Neben dem Ergreifen sozialer Verhaltensänderungen müssen Gebäudeeigentümer und -betreiber eine Reihe von Instrumenten und Strategien einsetzen, um die Betriebsleistung von Gebäuden zu optimieren und ihren Mietern das Vertrauen zu geben, sicher an den Arbeitsplatz zurückzukehren. Die Verbesserung der Luftqualität in Innenräumen könnte, wissenschaftlichen Untersuchungen zufolge, die Übertragung von Viren durch Aerosole ebenso wirksam reduzieren wie die Impfung von 50-60 % der Bevölkerung. Die Überwachung von Kohlendioxid, flüchtigen organischen Verbindungen, Feinstaub sowie von Luftfeuchtigkeit und Temperatur erfordert die Installation neuer Sensoren in Einrichtungen, die in der Regel nicht über eine bereits vorhandene Überwachungstechnik verfügen. Solche Nachrüstungsinstallationen werden durch drahtlose IoT-Netzwerke erheblich erleichtert und der schnell wachsende LoRaWAN-Standard bietet eine hervorragende Infrastruktur für die Überwachung der Raumluftqualität.

 

Aufbau eines LoRaWAN-Systems zur Raumluftüberwachung

Zunächst werden die benötigten Sensoren innerhalb des Gebäudes angebracht. Dafür existieren verschiedene Sensoren einer ganzen Reihe an kommerziellen Anbietern, die sich auf unterschiedlichen Preisniveaus bewegen. Die typische LoRaWAN-Netzwerkarchitektur, die in einer klassischen Sterntopologie implementiert wird, kann auch hier genutzt werden.

Auf dieser Grundlage des Sensorarrays werden Umweltinformationen wie Raumtemperatur, Luftfeuchtigkeit, Lichtintensität, Geräuschintensität, Kohlendioxidkonzentration in der Luft, die Konzentration flüchtiger organischer Verbindungen (engl. VOC – volatile organic compounds) und Staubpartikelkonzentration erfasst, und die gesammelten Daten können anschließend durch ein LoRaWAN-System auf einen zentralen Server übertragen werden. Mit diesen Informationen können gezielt die nächsten Schritte in die Wege geleitet werden. Sollte die Schadstoffkonzentration in einigen Innenräumen zu hoch sein, können schnell wichtige Maßnahmen ergriffen werden, um einer hohen Schadstoffbelastung entgegenzuwirken.

 

Gesundheitsvorsorge mit LoRaWAN

Für viele Unternehmen und öffentliche Institutionen wie beispielsweise Schulen und Kindergärten sind oftmals die Anschaffungs- sowie Betriebskosten die stärksten Faktoren, die dazu führen, dass keine umfangreiche Überwachung der Luftqualität in Innenräumen stattfindet. Ein LoRaWAN-basiertes System zur Messung der Raumluftqualität kann hier Abhilfe schaffen und dadurch die Gesundheit der Menschen innerhalb dieser Gebäude besser schützen.

Ein solches intelligentes, drahtloses Sensornetzwerk mit einer IoT-Plattform-Infrastruktur für das Luftqualitätsmanagement in Innenräumen kann vielversprechend sein, um die Übertragung von durch die Luft übertragenen Infektionskrankheiten wie beispielsweise COVID-19 zu minimieren, die generelle Schadstoffbelastung zu minimieren und dadurch das Wohlbefinden (und oftmals gleichzeitig die Produktivität) der betroffenen Personen zu steigern. Die Implementierung eines solchen intelligenten und kostengünstigen LoRaWAN-Netzes von Luftqualitätssensoren kann auch ein wichtiger Schritt zur Verringerung der Luftverschmutzung durch Feinstaub in Innenräumen beitragen. Da es gute Anhaltspunkte dafür gibt, dass eine höhere Feinstaubbelastung auch mit einem höheren Risiko für eine COVID-19-Infektion einhergeht, sind präventive Maßnahmen in Innenräumen umso wichtiger. Gleichzeitig ist es sehr wahrscheinlich, dass durch die verbesserte Luftqualität auch weniger Lungeninfektionen, weniger Atemwegserkrankungen und weniger chronische Lungenerkrankungen, Herz-Kreislauf-Erkrankungen oder schlimmstenfalls Lungenkrebs auftreten. Ein solches praktikables, unabhängiges und ausbaufähiges LoRaWAN-Sensornetz, das aus verbrauchsarmen, langlebigen, vollständig drahtlosen Sensoren und einer intelligenten Plattform mit Analysefunktionen für das Luftqualitätsmanagement besteht, würde es den Nutzern ermöglichen, alle mit der Luftqualität verbundenen Risiken in Gebäuden und Büros zu kontrollieren. Ein intelligentes System zur Raumluftüberwachung, könnte zudem auch Signale an bestehende Luftfilteranlagen senden, um die Belüftung selbst zu steuern und so das Risiko der Verbreitung von Infektionen über die Luft zu vermeiden. Im Laufe der Zeit können die kumulierten Daten dazu verwendet werden, die Analyse der Luftqualität im Gebäude zu verbessern. In einer Zeit, in der durch die Luft übertragene Infektionskrankheiten immer wieder auftreten werden, ist eine flächendeckende Überwachung der Luftqualität in Innenräumen eine sinnvolle und gesundheitsfördernde Investition in die Zukunft.