Naukowcy od dawna mieli pojęcie o wpływie gazu CO2 (dwutlenek węgla, dwutlenek węgla) na organizm ludzki. Zgodnie z informacjami podanymi w klasyfikatorze substancji szkodliwych GOST 12.1.007-76, dwutlenek węgla jest uważany za substancję o niskim stopniu zagrożenia (czwarta klasa), ma niskie stężenie w powietrzu atmosferycznym. Sam CO2 ma niewielki szkodliwy wpływ na środowisko, ale wzrost stężenia gazu w powietrzu do 7% może zaszkodzić ludzkiemu organizmowi: oddychanie staje się trudne, następuje uduszenie. Cechą dwutlenku węgla jest to, że nie ma zdolności do ogrzewania ciała, przy spadku stężenia CO2 w powietrzu oddychanie zostaje całkowicie przywrócone.
ASHRAE: standaryzacja sprzętu HVAC
Wysokie stężenie CO2 w powietrzu atmosferycznym (od 0,1 do 0,7%) ma negatywny wpływ na człowieka, znacznie obniżając jego wydajność. W przeciwieństwie do dwutlenku węgla, tlen może zmieniać swoje stężenie w szerokim zakresie bez szkody dla zdrowia. Komitet Normalizacyjny ASHRAE HVAC ustanowiłdopuszczalna zawartość dwutlenku węgla w pomieszczeniach z ludźmi na poziomie 0,1% całkowitej objętości powietrza. Jest to dopuszczalny wskaźnik CO2, wskazany przez ASHRAE, który jest uważany za punkt odniesienia przy obliczaniu wymiany powietrza.
Cel pomiaru stężenia CO2
Ogólnie rzecz biorąc, poziom dwutlenku węgla w powietrzu decyduje o jego duszności, która z kolei zależy od liczby osób w pomieszczeniu. Ilość dwutlenku węgla jest głównym kryterium jakości powietrza w pomieszczeniach, dlatego skupiamy się tylko na stężeniu dwutlenku węgla, a dzięki systemowi wentylacji zawierającemu czujniki CO2 jakość powietrza w pomieszczeniach może być skutecznie regulowana.
Podczas oddychania przeciętny człowiek, wdychając tlen, jest w stanie wydychać od 0,35 do 0,5% dwutlenku węgla. Innymi słowy, mieszanina gazów wydychanych przez człowieka przekracza 100-krotnie stężenie CO2 w porównaniu z powietrzem zewnętrznym. Jeśli dana osoba znajduje się w pomieszczeniu, w ciągu kilku godzin stężenie dwutlenku węgla w powietrzu wielokrotnie wzrasta, a jakość powietrza gwałtownie spada.
Limity wdychanego CO2
Pomimo tego, że dwutlenek węgla nie ma koloru ani zapachu, jego zwiększone stężenie jest łatwo odczuwalne przez człowieka. Podczas wdychania powietrza o wysokiej zawartości CO2 odczuwa się zmęczenie, pojawia się roztargnienie, osoba staje się nieuważna. Problem powietrza z nadmierną zawartością dwutlenku węgla jest szczególnie dotkliwy w zamkniętych placówkach publicznych i edukacyjnych, medycznychplacówki.
Eksperci w laboratorium odkryli, że stężenie gazu powyżej 0, 1% może już mieć negatywny wpływ na ludzi. Stężenie dwutlenku węgla w zakresie od 0,04 do 0,07% jest optymalne dla życia człowieka. Dwutlenek węgla w stężeniu od 0,07 do 0,1% znajduje się w przepełnionych pomieszczeniach i transporcie publicznym, podobny udział gazu w powietrzu nie jest w stanie wyrządzić większych szkód i jest uważany za dopuszczalny do oddychania.
Podwyższone stężenie dwutlenku węgla (od 0,05 lub więcej) przyczynia się do niskiej aktywności organizmu człowieka, senności, powolnych reakcji i niskiego wskaźnika procesu myślowego, pojawia się uczucie duszenia.
Kontrola jakości powietrza w pomieszczeniu: naścienny czujnik CO2
Naścienne czujniki CO2 stale mierzą stężenie CO2 i wysyłają sygnał sterujący do jednostki wentylacyjnej w celu usunięcia nadmiaru dwutlenku węgla. Zaawansowane systemy klimatyczne mogą mieć wbudowane czujniki, ale możliwe jest użycie zewnętrznego czujnika CO2, a następnie podłączenie go przez oddzielne wyjścia do wentylatora.
Na rynku dostępne są różne opcje czujników ściennych, istnieją urządzenia z wyjściami przekaźnikowymi lub analogowymi, a także wyjściami dla ekranu monitora. Ponieważ producenci mogą dostarczać czujniki sterujące z tylko jednym wyjściem, niektórzy właściciele sami modyfikują urządzenia. Czujnik CO2, własnyręcznie ulepszona i zawierająca wszystkie wymienione opcje przesyłania sygnału wyjściowego, jest najbardziej efektywna, ponieważ jest kompatybilna z każdym systemem wentylacji. Nowoczesne czujniki CO2 powinny wdrożyć system samokalibracji w celu poprawy niezawodności i trwałości urządzenia.
Czujniki ścienne mają dwie najpopularniejsze modyfikacje: czujnik CO2 z wyjściem przekaźnikowym zawierającym wskaźnik LED CO2 i przyciski sterujące trybem systemu wentylacji; czujnik, który nie zawiera wskaźników LED i indywidualnych przycisków sterujących.
Czujniki są zasilane z sieci prądu przemiennego niskiego napięcia. Niektórzy producenci zapewniają dodatkową opcję podłączenia zasilania do czujnika CO2.
Funkcjonalność czujników CO2
Prawie wszystkie czujniki są w stanie mierzyć stężenie dwutlenku węgla w strumieniu powietrza, kontrolując wartości graniczne. Czujniki CO2 mogą mierzyć stężenia gazów w następujących zakresach:
- 0 do 2000 ppm (0,02%);
- 0 do 3000 ppm (0,03%);
- 0 do 5000 ppm (0,05%);
- 0 do 10000 ppm (0,1%).
Dane odbierane przez urządzenie są konwertowane na aktywne sygnały wyjściowe 0-10V. Czujniki do obliczania stężenia CO2 pochłaniają nierozproszone promieniowanie podczerwone (NDIR). Urządzenia wyposażone są w powłokę ochronną o maksymalnych klasach ochrony IP65-IP68.
W przypadku braku zintegrowanych urządzeń do wizualnego wyświetlania wynikówpomiar wykorzystuje czujnik CO2 z wyjściem analogowym. Mierniki dwutlenku węgla posiadają funkcję automatycznej i ręcznej kalibracji zera. Przed rozpoczęciem kalibracji przyrząd musi być zasilany bezprzerwowo przez 10 minut. Pomieszczenie, w którym zainstalowany jest czujnik, musi być wentylowane. Odpowiadający poziom zerowego stężenia dwutlenku węgla wynosi 300 ppm (0,003%). Większość czujników dwutlenku węgla jest kalibrowana raz, a kolejne okresowe kalibracje wykonywane są automatycznie. Po pierwszym włączeniu i uruchomieniu czujników CO2 przyrząd wykonuje własne procedury testowania i konfiguracji. W ciągu pierwszych pięciu minut po uruchomieniu dane wyjściowe mogą nie odpowiadać rzeczywistym wartościom.
Adaptacyjna wentylacja mieszkaniowa
Wentylacja adaptacyjna różni się od tradycyjnej wentylacji tylko trybami pracy. Tradycyjne wentylatory działają w jednym trybie, zużycie energii nie zależy od ilości osób w pomieszczeniu i jakości powietrza w nim.
Adaptacyjny tryb wentylacji jest kontrolowany automatycznie, do czego używany jest czujnik CO2 do wentylacji, który kontroluje zawartość dwutlenku węgla w powietrzu. Dzięki inteligentnemu systemowi sterowania wentylator dostarczy potrzebną i wystarczającą ilość powietrza.
Konieczność kontrolowania wentylacji za pomocą czujnikaCO2
Dopuszczalność poziomu stężenia CO2 jest regulowana przez normy państwowe, jednym z nich jest GOST 2.1.005-88 (wymagania sanitarne i higieniczne dotyczące powietrza w miejscu pracy). Według GOST, przy rozważaniu dopuszczalnych wartości dwutlenku węgla w powietrzu, brane są również pod uwagę minimalne wskaźniki wydajności urządzeń wentylacyjnych (30 m3/h na osobę). Zgodnie z wymaganiami GOST, każda osoba obecna w pomieszczeniu powinna otrzymać 30 m3 powietrza w ciągu 1 godziny.
Systemy wentylacji kontrolowane CO2
Specjaliści HVAC często stosują koncepcję wydajności dystrybucji powietrza. Wskaźnik efektywności dystrybucji powietrza rozumiany jest jako prędkość, z jaką strumień świeżego powietrza dociera do strefy rekreacyjnej lub miejsca pracy (strefy oddychania). Jakość powietrza nawiewanego wchodzącego do strefy oddychania nie powinna spadać w miarę poruszania się po pomieszczeniu, innymi słowy, strumień świeżego powietrza nie powinien stykać się z tym, które zawiera duże stężenie CO2.
Nowoczesne systemy i technologie klimatyczne dość skutecznie i ekonomicznie spełniają funkcje wietrzenia pomieszczeń. Wbudowane czujniki i mierniki dwutlenku węgla są w stanie kontrolować system wentylacji, aby zapewnić odpowiednią jakość powietrza w pomieszczeniach przy jednoczesnym zminimalizowaniu zużycia energii.
Systemy klimatyczne w eksploatacji kierują się wskaźnikami stężenia CO2 w powietrzu, elektronikąporównuje otrzymaną wartość z podaną. Czujniki CO2 zapewniają kontrolę nad systemem wentylacji, utrzymując jakość powietrza na optymalnych parametrach. Takie systemy są z powodzeniem stosowane w pomieszczeniach o zmiennej liczbie osób. Wysoką klasę oszczędności energii osiąga się poprzez optymalizację mocy wentylacji.
Gdzie zainstalować czujnik lub monitor CO2
Wyboru lokalizacji czujnika dwutlenku węgla należy dokonać w oparciu o ograniczenia:
- urządzenie musi znajdować się w odległości co najmniej 1 m od stałego miejsca przebywania ludzi;
- domowy czujnik CO2 nie jest umieszczony bliżej niż 1 metr od wentylacji nawiewnej;
- organizacja optymalnego zasilania urządzenia implikuje jego bliskie położenie w stosunku do źródła energii.
