Výzvy súvisiace so snímaním CO2

Zdravotné výhody čerstvého vzduchu sú nevyvrátiteľné a jeho nedostatok ovplyvňuje naše zdravie a schopnosť sústredenia. Nanešťastie, v tomto uponáhľanom svete má málokto z nás možnosť tráviť vonku toľko času, koľko by možno chcel. V priemere trávime až 90 % svojho života v interiéri a väčšinu tohto času strávime vo svojich domovoch. Aj keď pravidelne svoje domovy opúšťame, veľa času stráveného mimo domova sa nachádzame na inom interiéri, napríklad v kancelárii, reštaurácii alebo obchode. To jasne poukazuje na dôležitosť vysokej kvality vnútorného vzduchu a správneho monitorovania hladiny CO₂, najmä v preplnených priestoroch.

Hoci vysoké hladiny CO₂ a nedostatočná kvalita vzduchu nie sú synonymá, zvýšená koncentrácia CO₂ môže byť dobrým signálom, že miestnosť vyžaduje ďalšiu ventiláciu. Okrem toho je nárast CO₂ často sprevádzaný nárastom koncentrácie prchavých organických látok, keďže oboje emitujú ľudia. Je všeobecne známe, že nekvalitný vzduch – najmä vysoký obsah prchavých organických látok – môže byť zdraviu škodlivý a zvyšuje riziko prenosu vírusov prenášaných vzduchom, ako je napríklad SARS-CoV-2. Okrem toho má nedostatok čerstvého vzduchu veľký vplyv aj na produktivitu a schopnosť sústrediť sa – toto tvrdenie potvrdzujú mnohé štúdie.

Extrémy nikdy nie sú dobré, a to platí aj pre ventiláciu. Vzduchotechnické systémy, ktoré neustále pracujú na maximálny výkon, vedú k vysokej spotrebe energie a následne k nadmerným účtom za elektrinu, najmä počas veľmi horúcich alebo chladných období. Nie je preto prekvapením, že ventilácia riadená podľa potreby sa v súčasnosti považuje za zlatý štandard pre vzduchotechnické systémy a koncentrácia CO₂ sa často používa ako regulačný parameter, pretože úzko súvisí s kvalitou vzduchu. Táto aplikácia sa spolieha na snímače, ktoré poskytujú presné informácie o hladinách CO₂ a aktivujú systém po dosiahnutí stanoveného limitu. Hoci sa normy komfortu na celom svete líšia, existuje zhoda v tom, že hladinu CO₂ je potrebné vždy udržiavať pod hodnotou 1000 ppm a nemala by dlhodobo prekračovať hodnotu 1500 ppm. Dobrým kompromisom je meranie a regulácia hladiny CO₂ každých 30 sekúnd, čo udržiava čerstvý vzduch a nízke účty za energiu.

Bežne snímač CO₂ pozostáva zo zdroja svetla a dvoch detektorov (Obrázok 1). Keď svetlo prechádza cez meracie komory naplnené okolitým vzduchom v interiéri, je absorbované prítomnými molekulami. Jeden detektor má filter s oknom na hodnote približne 4,3 µm – čo zodpovedá vrcholu v absorpčnom spektre CO₂ – čo znamená, že registruje len zhasínanie svetla v dôsledku prítomnosti molekúl CO₂. Naopak, referenčný detektor meria nefiltrovanú intenzitu svetla, čo umožňuje určiť hladinu CO₂ porovnaním týchto dvoch meraní. Taktiež konštrukcia s dvojitým snímačom pomáha čeliť poklesu intenzity svetla spôsobenému degradáciou svetelného zdroja alebo malými prachovými časticami. Na ďalšie zvýšenie odolnosti snímačov by mali byť snímače vybavené prachovým krytom, ktorý zabráni časticiam interferovať s detektormi.

Hoci sa dvojkanálový prístup považuje za presný, sám o sebe nemôže zaručiť stabilné dlhodobé merania, pretože základná hodnota sa môže časom začať posúvať v dôsledku starnutia komponentov snímača. To možno napraviť pomocou automatickej korekcie základnej línie, ktorá neustále sleduje najnižší údaj snímača a koriguje detegovaný posun. Tento prístup sa osvedčil pri budovách, ktoré sú nejaký čas neobsadené, ako sú kancelárie, ktoré bývajú počas víkendu zatvorené. Tento únik však nie je také jednoduché identifikovať a riešiť na miestach, ktoré sú obsadené 24 hodín denne, 7 dní v týždni, napríklad v pohotovostných oddeleniach v nemocniciach, v logistických centrách alebo v továrňach. Preto je veľmi dôležité používať robustné snímače, ktoré zabezpečia presné dlhodobé merania bez potreby neustálej kalibrácie, čo umožňuje ich použitie vo všetkých aplikáciách bez ohľadu na spôsob obsadenia.

Izbový snímač musí byť schopný presne merať hladinu CO₂ za akýchkoľvek podmienok, čo znamená, že musí mať dobrú odolnosť voči postupným aj prudkým zmenám tlaku, teploty a vlhkosti. Je potrebné zohľadniť aj tlakové rozdiely v rôznych nadmorských výškach, pretože aj nadmorská výška 400 m nad morom spôsobí posun nameranej koncentrácie CO₂ o 70 ppm. Vzhľadom na to, že niektoré regulačné orgány – napríklad vlády viacerých štátov v USA – povoľujú toleranciu iba ±75 ppm, nezostáva takmer žiadna rezerva na chybu. Každý vysoko výkonný snímač CO₂ by preto mal obsahovať kompenzáciu absolútneho tlaku (Obrázok 2)

Je potrebné vykonať rozšírené testovanie na zabezpečenie, že snímač môže fungovať v rôznych podmienkach s cieľom zaručiť dlhodobú stabilitu a funkčnosť. Snímače je preto potrebné testovať dlhšie obdobie – niekoľko týždňov – za všetkých možných poveternostných podmienok a so zameraním na tie, o ktorých je známe, že zariadenie intenzívne zaťažujú. Napríklad nekondenzačný výkon za mokra sa môže testovať pri relatívnej vlhkosti 95 % a teplote 35 °C, aby sa zabezpečila odolnosť snímača voči korózii a zachoval sa jeho výkon. Na druhej strane, merania suchého tepla je potrebné vykonávať pri vyšších teplotách – 60-70 °C – aby sa potvrdilo, že nedochádza k posunu v dôsledku rozdielnych koeficientov rozťažnosti materiálov. Keďže vnútorné teplotné gradienty môžu tiež zohrávať úlohu v celkovom výkone zariadenia, prvky snímača musia byť skonštruované tak, aby sa minimalizovalo ich samoohrievanie.