האתגרים שמציבה חישת ה-CO2

אין חולק על היתרונות הבריאותיים הטמונים באוויר צח, וחוסר בו משפיע על בריאותנו ועל יכולתנו להתמקד. למרבה הצער, בעולם העמוס הזה, רק מעטים מאתנו יכולים לשהות בחוץ למשך הזמן הרצוי להם. בממוצע, אנחנו שוהים עד 90% מחיינו במקומות סגורים, וברובו של הזמן הזה אנחנו פשוט מתגוררים בבית. אף שאנחנו יוצאים מהבית באופן סדיר, חלק ניכר מהזמן שמחוץ לבית גם הוא עובר עלינו במקום סגור כמו משרד, מסעדה או חנות. הדבר מצביע בבירור על מידת החשיבות של איכות אוויר פנימית גבוהה ושל ניטור נאות לרמות ה-CO₂‎, במיוחד במקומות צפופים.

אף שרמות גבוהות של CO₂‎ ואיכות אוויר ירודה אינם בהכרח מונחים זהים, ריכוזים מוגברים של CO₂‎ יכולים לשמש חיווי טוב לכך שהחדר דורש אוורור נוסף. נוסף לכך, עלייה ברמות ה-CO₂ מתרחשת לעתים קרובות ביחד עם עלייה בריכוזים של כימיקלים אורגניים נדיפים (VOC), כיוון ששני סוגי החומרים האלה נפלטים על ידי בני אדם. ידוע כי איכות אוויר ירודה – ובמיוחד רמות VOC גבוהות – יכולה להזיק לבריאות ולהגביר את הסיכון להעברת וירוסים הנישאים באוויר, כגון SARS-CoV-2. נוסף לכך, חוסר באוויר צח הוא בעל השפעה בולטת על הפרודוקטיביות ויכולת ההתמקדות – טענה שמגובה במחקרים רבים מספור.

תנאים קיצוניים אף פעם אינם טובים, וזה נכון גם לגבי אוורור. פעולה קבועה של מערכות HVAC במלוא הקיבולת תביא לצריכת אנרגיה גבוהה, וכתוצאה מכך לחשבונות חשמל מופרזים – במיוחד בתקופות חמות או קרות מאוד. לכן, אין זה מפתיע כי אוורור מאולץ מבוקר נחשב היום כסטנדרט הזהב במערכות HVAC, וריכוז ה-CO₂‎ משמש לעתים קרובות כפרמטר בקרה, כיוון שקיים מתאם הדוק בינו לבין איכות האוויר. יישום זה מסתמך על רגשים המספקים מידע מדויק על רמות ה- CO₂‎, תוך הפעלת המערכת עם ההגעה לגבול המוגדר. אף שתקני הנוחות משתנים ברחבי העולם, קיימת הסכמה כי רמות ה-CO₂‎ צריכות להישמר תמיד מתחת ל-‎1,000 ppm וכי אין לאפשר להן לעלות על ‎1,500 ppm לפרקי זמן ארוכים. פשרה טובה היא למדוד ולכוונן את רמות ה-CO₂‎ כל 30 שניות, דבר השומר הן על רעננות האוויר והן על חשבונות חשמל נמוכים.

עיצוב נפוץ של רגש CO₂‎ כולל מקור אור ושני גלאים (איור 1). כאשר האור עובר דרך תא המדידה, המלא באוויר הפנימי של הסביבה, הוא נספג על ידי המולקולות הנוכחות. גלאי אחד מצויד במסנן עם חלון בסביבות 4.3 מיקרומטר – התואם לשיא בספקטרומי הספיגה של ה-CO₂‎ – כלומר הוא רושם דעיכה של האור רק עקב נוכחות של מולקולותCO₂‎. לעומת זאת, גלאי הייחוס מודד את עוצמת האור הבלתי מסוננת, דבר המאפשר לקבוע את רמת ה-CO₂‎ על ידי השוואת שתי המדידות. העיצוב הכפול של הרגש גם עוזר להתמודד עם הירידה בעוצמת האור הנובעת מדעיכת מקור האור או מחלקיקי אבק קטנים. כדי לשפר עוד יותר את חוזקם של הרגשים, יש להרכיב עליהם מכסה אבק שימנע מאותם חלקיקים להפריע לגלאים.

אף שגישת הערוץ הכפול נחשבת כמדויקת, היא לבדה אינה יכולה להבטיח מדידות יציבות לטווח ארוך, שכן קו הבסיס יכול להתחיל להיסחף עם הזמן עקב התיישנות רכיבי הרגש. ניתן לטפל בכך בשיטה של תיקון קו בסיס אוטומטי (ABC), שבה מבוצע מעקב מתמיד אחר הקריאה הנמוכה ביותר של הרגשים ומתוקנת כל סחיפה שמתגלית. גישה זו פועלת היטב בבניינים שאין בהם תפוסה לפרקי זמן מסוימים, כגון משרדים הסגורים במשך סוף השבוע. עם זאת, סחיפה זו אינה קלה לזיהוי ולטיפול במקומות בעלי תפוסה 24/7, כגון חדרי מיון בבתי חולים, מרכזים לוגיסטיים או מפעלים. לכן, חיוני להשתמש ברגשים חזקים המבטיחים מדידות מדויקות לטווח ארוך ללא צורך בכיול מתמיד, דבר המאפשר להשתמש בהם בכל היישומים ללא קשר לדפוסי התפוסה.

רגש חדר צריך להיות מסוגל למדוד רמות CO₂‎ במדויק בכל התנאים, דבר המחייב אותו להיות בעל התנגדות גבוהה הן לשינויים הדרגתיים והן לשינויים חריגים בלחץ, בטמפרטורה ובלחות. יש להביא בחשבון גם את הפרשי הלחץ בגבהים שונים, כיוון שאפילו עלייה של 400 מ' מעל פני הים של ‎70 ppm בריכוז ה-CO₂‎ הנמדד. בהתחשב בכך שחלק מהגופים הרגולטוריים – לדוגמה, כמה מהממשלים המדינתיים בארצות הברית – מאפשרים סבילות של ‎ 75 ppmבלבד, דבר שכמעט אינו מותיר כל מרווח לטעות. לכן, כל רגש CO₂‎ בעל ביצועים גבוהים צריך לכלול פיצוי לחץ מוחלט (איור 2).

יש לבצע בדיקות מורחבות כדי להבטיח כי הרגש יכול לפעול בתנאים שונים במטרה להבטיח את יציבותו ותפקודו לטווח ארוך. לכן, יש לבדוק רגשים לפרק זמן ממושך – המשתרע על פני כמה שבועות – תוך כיסוי של כל תנאי מזג האוויר האפשריים והתמקדות באלה הידועים כגורמים ללחץ רב על התקנים מסוג זה. לדוגמה, ניתן לבדוק ביצועי חום רטוב לא מתעבה ב-95% לחות יחסית ו-‎35°C כדי לוודא כי הרגש מוכיח התנגדות לקורוזיה ויכול לשמור על ביצועיו. לעומת זאת, מדידות של חום יבש יבוצעו בטמפרטורות גבוהות יותר – ‎60-70°C – כדי לאשר היעדר סחיפה עקב ההבדל במקדמי ההתפשטות של החומרים. כיוון שמפלי הטמפרטורה הפנימית, גם הם יכולים להשפיע על הביצועים הכוללים של ההתקן, רכיבי הרגש חייבים להיות בנויים באופן המצמצם את החימום העצמי.