Izzivi zaznavanja CO2

Sveži zrak ima neizpodbitne koristi za zdravje, njegovo pomanjkanje pa vpliva na naše zdravje in sposobnost koncentracije. Žal v tem zaposlenem svetu le redki med nami lahko preživijo toliko časa na prostem, kot bi si želeli. V povprečju preživimo do 90 % svojega življenja v zaprtih prostorih in večino tega časa smo v svojih domovih. Čeprav redno zapuščamo svoje domove, veliko časa, ko nismo doma, preživimo v drugih zaprtih prostorih, na primer v pisarni, restavraciji ali trgovini. To jasno kaže, kako pomembna sta dobra kakovost zraka v notranjosti in ustrezno nadziranje ravni CO₂, zlasti na natrpanih mestih.

Čeprav visoka raven CO₂ in slaba kakovost zraka nista sopomenski, so lahko povišane koncentracije CO₂ dober pokazatelj, da je v prostoru potrebno dodatno prezračevanje. Zvišane ravni CO₂ pogosto grejo z roko v roki s povišanje koncentracij hlapnih organskih spojin (VOC), saj oboje sproščamo ljudje. Splošno znano je, da je lahko slab zrak – predvsem z visokimi koncentracijami VOC – zdravju škodljiv in poveča tveganje za širjenje virusov, ki se prenašajo po zraku, kot je SARS-CoV-2. Poleg tega pomanjkanje svežega zraka močno vpliva tudi na produktivnost in sposobnost koncentracije – to trditev podpirajo številne študije.

Ekstremi niso nikoli dobri in to velja tudi za prezračevanje. Sistemi HVAC, ki stalno delujejo z največjo zmogljivostjo, bodo porabili veliko količino energije, zaradi česar bodo računi za električno energijo čezmerni, predvsem v zelo vročih in hladnih obdobjih. Zato ne preseneča, da prezračevanje, ki ga nadzira povpraševanje, trenutno velja kot zlati standard za sisteme HVAC, koncentracija CO₂ pa se pogosto uporablja kot nadzorni parameter, saj je tesno povezana s kakovostjo zraka. Ta aplikacija se zanaša na senzorje, ki posredujejo točne informacije o ravneh CO₂, pri čemer se sistem aktivira, ko je dosežena določena raven. Čeprav se standardi glede udobja razlikujejo po vsem svetu, na splošno velja, da morajo biti ravni CO₂ vedno nižje od 1000 ppm, v daljših obdobjih pa ne smejo preseči 1500 ppm. Dober kompromis je, da se ravni CO₂ izmerijo in prilagodijo vsakih 30 sekund, zaradi česar zrak ostane svež in računi za električno energijo nizki.

Splošna zasnova senzorja CO₂ vključuje svetlobni vir in dva detektorja (slika 1). Ko svetloba prehaja skozi merilno komoro, napolnjeno z okoljskim zrakom v notranjosti, jo absorbirajo tam prisotne molekule. En detektor ima filter z oknom približno 4,3 µm – kar ustreza vrhu v absorpcijskem spektru CO₂ – to pomeni, da zazna samo zmanjšanje osvetlitve, do katerega pride zaradi prisotnosti molekul CO₂. Nasprotno pa referenčni detektor meri intenzivnost nefiltrirane osvetlitve, zaradi česar se lahko raven CO₂ določi s primerjavo obeh meritev. Zasnova z dvojnim senzorjem pomaga tudi pri preprečevanju upada jakosti svetlobe, ki nastane zaradi degradacije svetlobnega vira ali majhnih prašnih delcev. Da bi še povečali robustnost senzorjev, jih je treba opremiti s pokrovom proti prahu, ki delcem preprečuje, da bi motili detektorja.

Čeprav pristop z dvema kanaloma velja za točnega, sam po sebi ne more zagotavljati stabilnih dolgoročnih meritev, saj lahko osnova sčasoma začne odstopati zaradi staranja komponent senzorja. To se lahko odpravi s samodejnim korigiranjem osnove (ABC), ki stalno sledi najnižjim odčitkom senzorja in korigira vsako zaznano odstopanje. Ta pristop dobro deluje v stavbah, ki so v določenih obdobjih nezasedene, kot so pisarne, ki so med vikendom zapuščene. Takega odstopanja ni tako preprosto odkriti in obravnavati na mestih, ki so nenehno zasedena, na primer v bolnišničnih sobah za nujno medicinsko pomoč, logističnih centrih ali tovarnah. Iz tega razloga je ključno uporabiti robustne senzorje, ki zagotavljajo točne dolgoročne meritve, ne da bi jih bilo treba neprestano kalibrirati, zaradi česar bi se lahko uporabljali v vseh stavbah, ne glede na vzorce zasedenosti.

Sobni senzor mora biti sposoben natančno meriti ravni CO₂ v vseh pogojih, kar pomeni, da mora biti zelo odporen na postopne in akutne spremembe tlaka, temperature in vlažnosti. Upoštevati je treba tudi razlike v tlaku na različnih nadmorskih višinah, saj že nadmorska višina 400 m povzroči odmik 70 ppm pri izmerjeni koncentraciji CO₂. Glede na to, da nekateri regulativni organi – na primer več vlad držav v ZDA – tolerirajo le ±75 ppm, to ne dopušča skoraj nič prostora za napake. Vsak visokozmogljiv senzor za CO₂ bi zato moral vključevati kompenzacijo absolutnega tlaka (slika 2)

Da bi senzorji lahko delovali v različnih pogojih, s čimer bi zagotovili dolgoročno stabilnost in delovanje, je treba izvesti razširjeno testiranje. Senzorje bi zato morali testirati v daljšem obdobju – več tednov – v vseh možnih vremenskih pogojih in se pri tem osredotočiti na tiste, za katere je znano, da enoto zelo obremenijo. Zmogljivost pri nekondenzacijski mokri toploti se lahko na primer testira pri 95-odstotni relativni vlažnosti pri 35 °C, da bi zagotovili, da senzor izkaže odpornost na korozijo in ohrani svojo zmogljivost. Po drugi strani pa je treba meritve na suhi toploti izvesti pri višjih temperaturah, in sicer 60–70 °C, s čimer potrdimo, da ne pride do zdrsa zaradi različnih razteznostnih koeficientov materialov. Ker lahko na splošno zmogljivost enote vplivajo tudi notranji temperaturni gradienti, morajo biti elementi senzorja izdelani tako, da se čim bolj zmanjša samosegrevanje.