CO2-Ampel für das Homeoffice: ESP8266 mit MH-Z19B Sensor

Eine CO2-Ampel für das Homeoffice ist eine der pragmatischsten Smart-Home-Lösungen, um Konzentration, Wohlbefinden und Lüftungsverhalten im Alltag zu verbessern. Gerade in gut gedämmten Wohnungen und Arbeitszimmern steigt die CO2-Konzentration (gemessen in ppm) oft schneller als erwartet – nicht, weil „CO2 gefährlich“ wäre, sondern weil sie ein zuverlässiger Indikator dafür ist, wie schnell sich verbrauchte Raumluft ansammelt. Mit einer Ampel sehen Sie auf einen Blick, wann Stoßlüften sinnvoll ist, statt nach Gefühl zu handeln. Der ESP8266 mit MH-Z19B Sensor hat sich dafür in der DIY-Szene etabliert: Der ESP8266 bringt WLAN und genügend Rechenleistung, der MH-Z19B misst CO2 per NDIR-Verfahren (nicht-dispersive Infrarotmessung) und liefert stabile Werte, wenn man ihn korrekt betreibt und sinnvoll montiert. Dieser Artikel führt Sie durch die Planung, den Aufbau, die Messlogik, Kalibrierung, typische Stolperfallen und eine saubere Integration ins Smart Home – mit Fokus auf Praxis, Sicherheit und langfristige Wartbarkeit, damit Ihre CO2-Ampel im Homeoffice nicht nur „funktioniert“, sondern dauerhaft verlässlich ist.

Warum CO2 im Homeoffice ein sinnvoller Lüftungsindikator ist

CO2 entsteht im Raum hauptsächlich durch Atmung. In einem geschlossenen Arbeitszimmer steigt die Konzentration daher mit jeder Person an, während sie durch Frischluftzufuhr (Lüften, Lüftungsanlage) wieder sinkt. Der Wert eignet sich deshalb hervorragend, um die Luftwechselrate indirekt zu beurteilen. Wichtig ist die richtige Einordnung: CO2 ist in Wohnräumen in erster Linie ein Indikator für „Luftwechsel“ – er zeigt nicht direkt Schadstoffe, Feinstaub oder Viren an. Trotzdem korreliert ein hoher CO2-Wert oft mit „zu wenig Frischluft“, was wiederum zu Müdigkeit, Kopfschmerzen und nachlassender Konzentration beitragen kann.

• Objektiv statt Bauchgefühl: Sie sehen, wann Lüften wirklich nötig ist.
• Schnelles Feedback: Die Ampel reagiert innerhalb weniger Minuten auf Öffnen/Schließen von Fenstern.
• Produktivität: Viele empfinden ein gut gelüftetes Arbeitszimmer als deutlich angenehmer.
• Smart-Home-Potenzial: Benachrichtigungen, Automationen, Historie und Trendanalyse sind möglich.

Für Hintergrundwissen zu Innenraumluft und Lüften sind Informationen von Umweltinstitutionen hilfreich, z. B. über Innenraumluft beim Umweltbundesamt.

Der MH-Z19B: Messprinzip, Stärken und Grenzen

Der MH-Z19B ist ein NDIR-CO2-Sensor. Er misst CO2, indem er die Absorption von Infrarotlicht bei einer charakteristischen Wellenlänge auswertet. Gegenüber „eCO2“-Werten aus VOC-Sensoren (die CO2 nur indirekt schätzen) liefert er echte CO2-Messwerte. Das macht ihn für eine Ampel besonders geeignet. Dennoch gilt: Auch NDIR-Sensoren brauchen stabile Betriebsbedingungen. Temperatur, Luftzug, Montageort und vor allem die Kalibrierstrategie beeinflussen die Qualität.

• Pluspunkt: echte CO2-Messung (NDIR), gut für Lüftungsfeedback.
• Serielle Schnittstellen: UART/PWM erleichtern die Anbindung.
• Wartung: regelmäßige Frischluft-Referenzierung verbessert Langzeitstabilität.
• Grenzen: Werte sind nie „amtlich“, sondern für Orientierung und Automationen gedacht.

Technische Details finden Sie in Herstellerunterlagen und Community-Dokumentation, z. B. über ESPHome-Unterstützung für MH-Z19.

Der ESP8266 als Controller: Warum er für eine CO2-Ampel gut passt

Der ESP8266 ist ein günstiger WLAN-Mikrocontroller, der sich ideal als „Sensor-Knoten“ eignet. Für eine CO2-Ampel braucht er vor allem drei Dinge: stabile Stromversorgung, eine zuverlässige serielle Kommunikation zum Sensor und eine saubere Datenübertragung ins Heimnetz. Wer zusätzlich ein Display, mehrere LEDs, einen Buzzer oder Taster einbauen möchte, sollte die verfügbaren Pins (GPIOs) und Boot-Constraints beachten. Für eine klassische Ampel mit drei LEDs und optionalem Summer ist der ESP8266 jedoch in der Regel ausreichend.

• WLAN integriert: keine zusätzliche Funkhardware notwendig.
• Großes Ökosystem: viele Beispiele, Bibliotheken und fertige Firmware-Optionen.
• Lokale Integration: MQTT, Home Assistant, ioBroker, Node-RED sind gängige Ziele.

Wenn Sie den ESP8266 in Arduino/PlatformIO einsetzen, ist die Referenzdokumentation nützlich: ESP8266 Arduino Core Dokumentation.

Bauteile und Aufbau: Was Sie wirklich benötigen

Eine CO2-Ampel lässt sich sehr schlank bauen. Entscheidend ist, dass Sensor und ESP stabil laufen und die Anzeige eindeutig ist. Wer im Homeoffice nicht ständig auf ein Dashboard schauen möchte, nutzt eine LED-Ampel (grün/gelb/rot) als sofortiges Feedback. Optional verbessern Display und Taster die Bedienbarkeit, sind aber nicht zwingend.

• ESP8266-Board (z. B. NodeMCU oder Wemos D1 Mini)
• MH-Z19B CO2-Sensor (NDIR)
• 3 LEDs (grün/gelb/rot) plus passende Vorwiderstände
• Stabiles 5-V-Netzteil (USB) und ein gutes Kabel
• Gehäuse mit Luftschlitzen (keine geschlossene „Thermobox“)
• Optional: Buzzer, Taster, OLED-Display, Temperatur/Feuchte-Sensor für Kontext

Stromversorgung: Der unterschätzte Stabilitätsfaktor

Viele „unzuverlässige“ CO2-Ampeln scheitern nicht an der Software, sondern an Versorgungseinbrüchen. Der ESP8266 zieht beim WLAN-Senden kurzzeitig deutlich mehr Strom. Auch der MH-Z19B benötigt eine stabile Versorgung, damit Messung und Heizelement sauber arbeiten. Ein hochwertiges 5-V-Netzteil mit Reserve ist daher wichtiger als ein „sehr günstiges“ Netzteil, das unter Last einbricht.

Montage und Luftführung: So messen Sie das, was Sie wirklich interessiert

CO2 ist im Raum nicht überall gleich verteilt. Direkt über dem Atembereich, in Ecken oder in der Nähe von Fenstern können Werte abweichen. Für das Homeoffice ist eine Platzierung sinnvoll, die Ihre typische Aufenthaltszone repräsentiert, aber nicht direkt im Luftzug sitzt. Ebenso wichtig: Der Sensor darf nicht durch Wärmestau verfälscht werden. Ein zu dichtes Gehäuse kann den Sensor „wärmer“ machen als die Raumluft, was indirekt die Messstabilität beeinflusst.

• Höhe: grob im Aufenthaltsbereich (z. B. 1,0–1,5 m), nicht am Boden.
• Abstand: nicht direkt am Fenster, nicht direkt am Heizkörper, nicht im Luftzug.
• Gehäuse: luftdurchlässig, aber staubgeschützt; keine direkte Sonneneinstrahlung.
• „Nicht anpusten“: Abstand zum direkten Atemstrom, sonst reagiert die Ampel zu aggressiv.

Ampellogik: Schwellenwerte sinnvoll wählen und Hysterese nutzen

Eine CO2-Ampel soll nicht nerven, sondern helfen. Wenn sie ständig zwischen gelb und rot springt, ignoriert man sie schnell. Deshalb sollten Sie mit Hysterese arbeiten und die Schwellen so setzen, dass sie zu Ihrem Raum und Ihrem Lüftungsstil passen. Häufig genutzte Orientierungsbereiche sind: „grün“ bei guter Lüftungssituation, „gelb“ als Hinweis „bald lüften“ und „rot“ als „jetzt lüften“. Die konkreten ppm-Grenzen hängen von persönlichem Komfort, Raumgröße und Nutzung ab.

• Grün: „unauffällig“ – Raum ist gut gelüftet
• Gelb: „Lüften einplanen“ – Trend zeigt Richtung „zu wenig Frischluft“
• Rot: „jetzt lüften“ – Konzentration steigt deutlich, Luftwechsel zu gering

Hysterese für stabile LED-Anzeige (MathML)

Wenn S_gelb und S_rot Ihre Schwellwerte sind, verhindert eine Hysterese H, dass die Anzeige bei kleinen Schwankungen flackert. Ein mögliches Prinzip lautet:

$\mathrm{Gelb}\mathrm{wenn}\mathrm{CO}₂\ge S\_\mathrm{gelb}\mathrm{und}\mathrm{CO}₂<S\_\mathrm{rot}$
$\mathrm{Zurück}\mathrm{zu}\mathrm{Grün}\mathrm{wenn}\mathrm{CO}₂\le S\_\mathrm{gelb}–H$

So bleibt die Anzeige ruhig und verständlich, selbst wenn Messwerte um wenige ppm schwanken.

Kalibrierung und Langzeitstabilität: ABC, Frischluft-Referenz und typische Fehler

NDIR-Sensoren brauchen eine sinnvolle Kalibrierstrategie. Viele Geräte bieten eine automatische Baseline-Korrektur (ABC), die davon ausgeht, dass der Sensor regelmäßig „frische Außenluft“ sieht. Im Homeoffice kann das funktionieren, wenn Sie täglich lüften und die CO2-Werte dabei wirklich in Richtung Außenluftniveau fallen. Wenn ein Sensor jedoch dauerhaft in einem Raum mit seltenem Luftwechsel läuft, kann ABC zu einer falschen Baseline führen. In solchen Fällen ist es besser, ABC bewusst zu konfigurieren und gelegentlich manuell eine Frischluft-Referenz zu setzen – idealerweise dann, wenn wirklich Außenluftbedingungen herrschen (z. B. Fenster weit geöffnet, Durchzug, ausreichend Zeit).

• ABC nur nutzen, wenn realistisch: regelmäßige „frische Luft“-Phasen sind Voraussetzung.
• Frischluft-Referenz: gelegentlich bewusst durchführen, statt unkontrolliert driften zu lassen.
• Aufwärmzeit: nach dem Einschalten einige Minuten bis zur stabileren Anzeige einplanen.
• Gehäusewärme: Wärmestau verfälscht Stabilität; für Luftdurchsatz sorgen.

Warum „ppm“ im Alltag ein Trend- und kein Absolutwert ist

In Wohn- und Arbeitsumgebungen ist es sinnvoll, ppm-Werte als Orientierung zu nutzen: Wie schnell steigt CO2 an? Wie stark sinkt es beim Lüften? Welche Räume sind kritisch? Diese Trends sind meist zuverlässiger als ein vermeintlich exakter Absolutwert. Entscheidend ist, dass Ihre Ampel reproduzierbar reagiert und Ihnen ein konsistentes Lüftungsfeedback gibt.

Software-Ansätze: ESPHome, MQTT oder eigene Firmware

Für eine CO2-Ampel gibt es drei gängige Wege. ESPHome ist besonders beliebt, weil Sie den Sensor, LEDs und Logik deklarativ konfigurieren und Updates bequem per OTA einspielen können. MQTT ist ideal, wenn Sie Daten flexibel in verschiedene Systeme schicken möchten. Eigene Firmware lohnt sich, wenn Sie sehr spezielle Anzeige- oder Bedienlogik umsetzen wollen. Für viele Homeoffice-Setups ist ESPHome der schnellste Weg zu einem stabilen Ergebnis.

• ESPHome: schnelle Umsetzung, OTA, gute Sensorunterstützung: ESPHome
• MQTT: standardisierte lokale Datenübertragung: MQTT
• Mosquitto: verbreiteter MQTT-Broker im Heimnetz: Mosquitto
• Home Assistant: Dashboard, Automationen, Benachrichtigungen: Home Assistant

Messintervall und Glättung: Damit die Ampel „ruhig“ bleibt

CO2 ändert sich im Raum typischerweise nicht sekündlich, sondern über Minuten. Deshalb ist ein Messintervall von 10–60 Sekunden oft ausreichend. Zusätzlich empfiehlt sich eine Glättung über einen gleitenden Mittelwert, damit kurzfristige Ausreißer nicht zu hektischem Umschalten führen. Eine ruhige Ampel wird akzeptiert und genutzt; eine hektische Ampel wird ignoriert.

CO2-Trends verstehen: Lüftungserfolg sichtbar machen

Der größte Aha-Effekt entsteht, wenn Sie die CO2-Kurve sehen: Während Arbeit und Besprechungen steigen die Werte, beim Stoßlüften fallen sie schnell, bei gekipptem Fenster oft nur langsam. Aus diesen Kurven lernen Sie mehr über Ihr konkretes Homeoffice als aus jeder allgemeinen Empfehlung. Besonders hilfreich ist es, neben CO2 auch Temperatur und relative Luftfeuchte zu loggen, weil Lüften im Winter anders wirkt als im Sommer.

• Stoßlüften: schneller Abfall, meist effizienter als dauerhaft gekippt.
• Mehr Personen: steilerer Anstieg, Ampel reagiert früher – genau so soll es sein.
• Raumgröße: größere Räume steigen langsamer, kleine Arbeitszimmer schneller.
• Tür offen: kann den Verlauf deutlich verändern, weil Luftvolumen „größer“ wird.

Einfache Näherung: Wie stark sinkt CO2 beim Lüften? (MathML)

Für eine grobe Orientierung können Sie den Abfall als exponentielle Annäherung an Außenluftniveau modellieren. Wenn C(t) die CO2-Konzentration ist, C_außen das Außenluftniveau und k eine Lüftungs-Konstante, dann:

$C\left(t\right)=C\_\mathrm{außen}+\left(C\right(0)–C\_\mathrm{außen})·e^{–k·t}$

Im Alltag reicht es, den Effekt qualitativ zu nutzen: Wenn CO2 beim Lüften kaum fällt, ist der Luftwechsel zu gering (Fensterposition, Wind, Querlüftung, Tür öffnen). Wenn es schnell fällt, war die Lüftung effizient.

Benachrichtigungen und Smart-Home-Automationen: Mehr als nur LEDs

Eine Ampel ist das schnellste Feedback. Zusätzlich sind Benachrichtigungen hilfreich, wenn Sie in Meetings sind oder Kopfhörer tragen. Im Smart Home können Sie außerdem Automationen bauen, die Komfort und Energie sparen: z. B. Hinweis „bitte lüften“, wenn CO2 über längere Zeit hoch bleibt, oder „Lüftung beendet“, wenn CO2 wieder im grünen Bereich ist. Wichtig ist, konservativ zu automatisieren: Eine CO2-Ampel soll unterstützen, nicht stressen.

• Push-Meldung: wenn CO2 länger als X Minuten im roten Bereich bleibt
• Meeting-Modus: weniger Piepen, nur Visualisierung, um nicht zu stören
• Dashboard: Verlauf über 24 Stunden, Wochenvergleich, typische Spitzenzeiten
• Automationen: z. B. LED-Strip im Raum als indirekte Anzeige

Typische Fehlerquellen bei der CO2-Ampel mit MH-Z19B

Viele Probleme lassen sich vermeiden, wenn Sie die Klassiker kennen. Am häufigsten sind es Montagefehler (Luftzug, Wärmestau), Versorgungsthemen oder eine unpassende Kalibrierstrategie. Wenn die Ampel „komisch“ reagiert, ist nicht sofort der Sensor defekt – oft ist der Aufbau die Ursache.

• Sensor im Luftzug: Werte springen beim Fensteröffnen, Ampel flackert → Standort ändern.
• Gehäuse zu dicht: Wärmestau führt zu Drift → Luftschlitze, Abstand zum ESP, bessere Belüftung.
• Unstabile Versorgung: Reboots, Aussetzer → besseres Netzteil und Kabel.
• ABC falsch eingesetzt: Baseline driftet → ABC prüfen, Frischluft-Referenz gezielt durchführen.
• Zu kurze Messintervalle: hektische Anzeige → Mittelwertbildung und Hysterese nutzen.

Datenschutz und Sicherheit: Lokal bleibt lokal

CO2-Daten wirken harmlos, können aber indirekt Anwesenheitsmuster zeigen (Arbeitszeiten, Meetings). Deshalb ist ein lokales Setup mit MQTT und Smart-Home-Zentrale für viele sinnvoller als eine Cloud-App. Achten Sie darauf, Gerätezugänge zu schützen und keine unnötigen Ports ins Internet zu öffnen. Für den Fernzugriff ist ein VPN meist der sauberste Weg.

• Keine Portfreigaben: Geräte nicht direkt aus dem Internet erreichbar machen.
• MQTT absichern: Benutzer/Passwort, Rechte (ACL) für Topics.
• Netzsegmentierung: IoT-Geräte in ein separates Netz, falls möglich.
• Updates: Firmware aktuell halten, ungenutzte Dienste deaktivieren.

Outbound-Links zu relevanten Informationsquellen

• ESPHome: MH-Z19 Sensor-Komponente
• ESPHome Dokumentation (OTA, Konfiguration, Integrationen)
• MQTT.org (Protokollstandard für lokale Smart-Home-Daten)
• Eclipse Mosquitto (MQTT-Broker im Heimnetz)
• Home Assistant (Dashboards, Automationen, Benachrichtigungen)
• ESP8266 Arduino Core (Hintergrund für eigene Firmware)
• Umweltbundesamt: Innenraumluft (Hintergrund und Empfehlungen)

FAQ: Häufige Fragen zur CO2-Ampel im Homeoffice

Warum nicht einfach einen günstigen „eCO2“-Sensor verwenden?

Viele günstige Module liefern „eCO2“ als geschätzten Wert aus VOC-Signalen. Für Lüftungsfeedback ist das oft weniger zuverlässig, weil Gerüche, Reinigungsmittel oder Ausgasungen die Werte beeinflussen können. Ein NDIR-Sensor wie der MH-Z19B misst CO2 direkt und ist für eine CO2-Ampel deshalb meist die bessere Wahl.

Wie schnell muss eine CO2-Ampel reagieren?

In der Praxis reichen Aktualisierungen im Bereich von 10–60 Sekunden, kombiniert mit Mittelwerten. CO2 verändert sich in Innenräumen typischerweise über Minuten, nicht in Sekunden. Eine zu schnelle Reaktion macht die Anzeige unruhig, ohne echten Mehrwert zu liefern.

Kann ich die Ampel auch ohne Smart-Home-Zentrale nutzen?

Ja. Eine reine LED-Ampel funktioniert vollständig autark: Sensorwert lesen, Schwellen prüfen, LEDs schalten. Eine Zentrale ist erst dann nötig, wenn Sie Historie, Benachrichtigungen oder Automationen wünschen.

Warum driften die Werte nach Wochen oder Monaten?

Langzeitdrift kann durch Baseline-Korrektur, Umgebungsbedingungen oder Montageeffekte entstehen. Prüfen Sie, ob der Sensor regelmäßig echte „Frischluft“-Phasen sieht, ob das Gehäuse Wärme staut und ob die Stromversorgung stabil ist. Gelegentliche Frischluft-Referenzierung hilft, die Baseline wieder zu stabilisieren.

Welche Zusatzsensoren lohnen sich?

Temperatur und Luftfeuchte sind oft sinnvoll, weil sie Lüftungseffekte sichtbarer machen und die Interpretation erleichtern. Für weitergehende Raumluftanalysen können Feinstaub (PM2.5/PM10) oder VOC-Sensoren ergänzend interessant sein – CO2 bleibt dabei weiterhin ein sehr guter Indikator für Luftwechsel.

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