CO2 noteikšanas izaicinājumi

Svaiga gaisa nozīmi labsajūtā nevar noliegt, un tā trūkums ietekmē mūsu veselību un spēju koncentrēties. Diemžēl šajā steidzīgajā pasaulē ne visiem ir iespēja pavadīt tik daudz laika ārā, cik mēs vēlētos. Vidēji līdz 90% savas dzīves pavadām telpās, un lielāko daļu laika mēs atrodamies savās mājās. Lai gan mēs regulāri izejam no mājām, liela daļa laika, kas pavadīta ārpus mājas, tiek pavadīta citā telpā, piemēram, birojā, restorānā vai veikalā. Tas skaidri parāda, cik svarīga ir iekštelpu gaisa kvalitāte un pienācīga CO₂ līmeņa uzraudzīšana, it īpaši piepildītās telpās.

Kaut arī augsts CO₂ līmenis un slikta gaisa kvalitāte nav sinonīmi, paaugstināta CO₂ koncentrācija gaisā var būt labs indikators, kas norāda, ka telpās nepieciešama papildu ventilācija. Kā arī paaugstināts CO₂ līmenis bieži iet roku rokā ar gaistošo organisko savienojumu koncentrācijas paaugstināšanos, jo abus izdala cilvēki. Ir vispārzināms, ka slikts gaiss, īpaši augsts gaistošo organisko savienojumu līmenis, var kaitēt veselībai un palielināt dažādu ar gaisa pilieniem pārnesamu vīrusu, piemēram, SARS-CoV-2, izplatības risku. Turklāt svaiga gaisa trūkums arī ļoti ietekmē produktivitāti un spēju koncentrēties — apgalvojums, ko apstiprina daudzi pētījumi.

Galējības nav labas, un tas attiecas arī uz ventilāciju. Apkures, ventilācijas un gaisa kondicionēšanas sistēmas, kas pastāvīgi strādā ar maksimālo jaudu, radīs lielu enerģijas patēriņu un līdz ar to pārmērīgus elektrības rēķinus, īpaši ļoti karstā vai aukstā laikā. Tāpēc nav pārsteigums, ka pēc pieprasījuma vadīta ventilācija pašlaik tiek uzskatīta par apkures, ventilācijas un gaisa kondicionēšanas sistēmu zelta standartu, un CO₂ koncentrācija bieži tiek izmantota kā kontroles parametrs, jo tā ir cieši saistīta ar gaisa kvalitāti. Šis lietojums balstās uz sensoriem, kas sniedz precīzu informāciju par CO₂ līmeņiem, aktivizējot sistēmu, kad ir sasniegts noteiktais ierobežojums. Lai gan komforta normas visā pasaulē atšķiras, pastāv vienprātība, ka CO₂ līmenis vienmēr ir jāsaglabā zem 1000 ppm un ilgstoši nedrīkst pārsniegt 1500 ppm. Labs kompromiss ir CO_2 līmeņa mērīšana un regulēšana ik pēc 30 sekundēm, tādējādi saglabājot svaigu gaisu un zemus rēķinus par enerģiju.

Parasti CO₂ sensori ir veidoti no gaismas avota un diviem detektoriem (1. attēls). Gaismai plūstot cauri mērīšanas kamerai, kas piepildīta ar apkārtējo iekštelpu gaisu, to absorbē esošās molekulas. Vienam detektoram ir filtrs ar apmēram 4,3 µm logu, kas atbilst CO₂ absorbcijas spektra maksimumam, kas nozīmē, ka tas reģistrē tikai gaismas izzušanu CO₂ molekulu klātbūtnes dēļ. Turpretim atsauces detektors mēra nefiltrētās gaismas intensitāti, ļaujot noteikt CO₂ līmeni, salīdzinot abus mērījumus. Dubultā sensora dizains palīdz arī novērst gaismas intensitātes samazināšanos, ko izraisa gaismas avota degradācija vai nelielas putekļu daļiņas. Lai vēl vairāk uzlabotu sensoru noturīgumu, tiem jābūt aprīkotiem ar putekļu vāku, kas neļauj daļiņām traucēt detektoru darbību.

Lai gan divu kanālu pieeja tiek uzskatīta par precīzu, tā pati par sevi nevar garantēt stabilus ilgtermiņa mērījumus, jo bāzes līnija laika gaitā var sākt novirzīties sensoru komponentu novecošanas dēļ. To var novērst, izmantojot automātisko bāzes līnijas korekciju (ABC), kas pastāvīgi izseko sensoru zemāko rādījumu un koriģē jebkuru konstatēto novirzi. Šī pieeja labi darbojas ēkās, kas kādu laiku nav apdzīvotas, piemēram, birojos, kas nedēļas nogalēs ir slēgti. Tomēr šo novirzi nav tik viegli identificēt un novērst vietās, kas ir aizņemtas visu diennakti, piemēram, slimnīcu neatliekamās palīdzības nodaļās, loģistikas centros vai rūpnīcās. Tāpēc ir ļoti svarīgi izmantot izturīgus sensorus, kas nodrošina precīzus ilgtermiņa mērījumus bez pastāvīgas kalibrēšanas, ļaujot tos izmantot visos lietojumos neatkarīgi no noslogojuma modeļiem.

Telpas sensoram ir jāspēj precīzi izmērīt CO₂ līmeni jebkuros apstākļos, kas nozīmē, ka tam ir jābūt labi izturīgam gan pret pakāpeniskām, gan akūtām spiediena, temperatūras un mitruma izmaiņām. Jāņem vērā arī spiediena atšķirības dažādos augstumos, jo pat 400 m pacēlums virs jūras līmeņa rada 70 ppm nobīdi izmērītajā CO₂ koncentrācijā. Ņemot vērā to, ka dažas regulējošās iestādes — piemēram, vairākas ASV štatu valdības — pieļauj tikai ±75 ppm pielaidi, tas gandrīz neatstāj robežu kļūdai. Tāpēc jebkuram augstas veiktspējas CO₂ sensoram ir jāietver absolūtā spiediena kompensācija (2. attēls).

Jāveic paplašinātas pārbaudes, lai nodrošinātu, ka sensors var darboties dažādos apstākļos un attiecīgi garantētu ilgtermiņa stabilitāti un darbību. Tāpēc sensori ir jātestē ilgāku laiku — vairākas nedēļas —, aptverot visus iespējamos laikapstākļus un koncentrējoties uz tiem, kas rada lielu slodzi ierīcei. Piemēram, nekondensējoša slapja siltuma veiktspēju var pārbaudīt 95% relatīvajā mitrumā un 35 °C temperatūrā, lai nodrošinātu, ka sensors uzrāda izturību pret koroziju un spēj saglabāt savu veiktspēju. No otras puses, sausā siltuma mērījumi jāveic augstākā temperatūrā — 60–70 °C —, lai pārliecinātos, ka materiālu izplešanās koeficientu atšķirības dēļ nenotiek nobīde. Tā kā iekšējiem temperatūras gradientiem var būt nozīme arī kopējā ierīces veiktspējā, sensoru elementi ir jābūvē tā, lai pēc iespējas samazinātu pašizsilšanu.