CO2 -tunnistuksen haasteet

Raittiin ilman terveysedut ovat kiistattomia, kuten myös sen puutteen vaikutukset terveyteemme ja keskittymiskykyymme. Valitettavasti maailma on kiireinen, ja vain harvat pystyvät viettämään ulkona niin paljon aikaa kuin ehkä haluaisivat. Vietämme keskimäärin 90 prosenttia elämästämme sisätiloissa ja suurimman osan tästä ajasta kodeissamme. Vaikka poistumme kotoa säännöllisesti, suuri osa poissa kotoa vietetystä ajasta kuluu sisätiloissa muualla, kuten toimistossa, ravintolassa tai kaupassa. Tämä osoittaa selkeästi korkealaatuisen sisäilman ja CO₂-pitoisuuksien asianmukaisen seurannan tärkeyden erityisesti tiloissa, joissa on paljon ihmisiä.

Vaikka korkeat CO₂-tasot ja heikko ilmanlaatu eivät ole synonyymejä, kohonneet CO₂-pitoisuudet voivat olla selkeä merkki siitä, että tila vaatii lisäilmanvaihtoa. Lisäksi CO₂-pitoisuuden kasvu kulkee usein käsi kädessä haihtuvien orgaanisten yhdisteiden (VOC) pitoisuuksien kohoamisen kanssa, sillä ihmiset tuottavat näitä molempia. On yleisesti tiedossa, että huono ilma – erityisesti korkea VOC-pitoisuus – voi olla haitallinen terveydelle ja lisätä ilmassa kulkeutuvien virusten, kuten SARS-CoV-2:n, tarttumisen riskiä. Lisäksi raittiin ilman puute vaikuttaa suuresti myös tuottavuuteen ja keskittymiskykyyn – monet tutkimukset tukevat tätä.

Äärimmäisyydet eivät ole koskaan hyviä, ja tämä koskee myös ilmanvaihtoa. LVI-järjestelmät, jotka toimivat jatkuvasti maksimikapasiteetilla, johtavat suureen energiankulutukseen ja sen seurauksena kohtuuttomiin sähkölaskuihin erityisesti hyvin kuumina tai kylminä ajanjaksoina. Siksi ei olekaan yllätys, että tarveohjattu ilmanvaihto nähdään tällä hetkellä LVI-järjestelmien kultaisena standardina ja CO₂-pitoisuutta käytetään usein säätöparametrina, sillä se korreloi läheisesti ilmanlaadun kanssa. Tämä sovellus perustuu antureihin, jotka antavat tarkkaa tietoa CO₂-pitoisuuksista aktivoiden järjestelmän, kun määritetty raja on saavutettu. Vaikka mukavuusnormit voivat vaihdella eri puolilla maailmaa, siitä ollaan yksimielisiä, että CO₂-pitoisuudet tulisi aina pitää alle 1 000 ppm:ssä eivätkä ne saisi ylittää 1 500 ppm:ää pitkien ajanjaksojen ajan. Hyvä kompromissi on mitata ja säätää CO₂-pitoisuuksia 30 sekunnin välein, mikä pitää ilman raikkaana ja energialaskut pieninä.

Yleinen CO₂-anturirakenne koostuu valolähteestä ja kahdesta tunnistimesta (kuva 1). Kun valo kulkee sisäilmalla täytetyn mittauskammion läpi, molekyylit absorboivat sen. Yhdessä tunnistimessa on suodatin, jonka ikkuna on noin 4.3 µm – mikä vastaa huippua CO₂-absorbtiospektreissä – eli se rekisteröi vain CO₂-molekyylien läsnäolosta johtuvan valon häviämisen. Referenssitunnistin sen sijaan mittaa suodattamatonta valointensiteettiä, minkä ansiosta on mahdollista määrittää CO₂-pitoisuus vertaamalla näitä kahta mittausta. Kaksianturinen rakenne auttaa myös vastustamaan valointensiteetin laskua, joka johtuu valolähteen heikkenemisestä tai pienistä pölyhiukkasista. Anturien kestävyyden parantamiseksi ne tulisi varustaa pölysuojuksella, joka estää hiukkasia häiritsemästä tunnistimia.

Vaikka kaksikanavaista lähestymistapaa pidetään tarkkana, se ei pysty yksin takaamaan vakaita mittauksia pitkällä aikavälillä, sillä perustaso voi alkaa siirtyä ajan mittaan anturikomponenttien ikääntymisen vuoksi. Tämä voidaan korjata automaattisella perustason korjauksella (ABC), joka seuraa jatkuvasti antureiden alhaisinta lukemaa ja korjaa tunnistetun siirtymän. Tämä lähestymistapa toimii hyvin rakennuksissa, jotka eivät ole aina käytössä, kuten toimistoissa, jotka ovat kiinni viikonloppuisin. Tätä siirtymää ei kuitenkaan ole helppo tunnistaa ja korjata paikoissa, joita käytetään 24/7, kuten sairaaloiden ensiaputiloissa, logistiikkakeskuksissa tai tehtaissa. Siksi on erittäin tärkeää käyttää kestäviä antureita, jotka tuottavat tarkkoja lukemia pitkällä aikavälillä ilman tarvetta jatkuvaan kalibrointiin, ja joita voidaan käyttää kaikissa sovelluksissa käyttöasteesta riippumatta.

Huoneanturin on pystyttävä mittaamaan CO₂-pitoisuudet kaikissa olosuhteissa, mikä tarkoittaa, että sen on siedettavä hyvin niin asteittaisia kuin akuutteja paineen, lämpötilan ja kosteuden muutoksia. Myös eri korkeuksien paine-erot on otettava huomioon, sillä jo 400 metrin nousu merenpinnan yläpuolelle aiheuttaa 70 ppm:n siirtymän mitatussa CO₂-pitoisuudessa. Kun otetaan huomioon, että jotkut valvontaelimet – esimerkiksi useat osavaltioiden hallinnot Yhdysvalloissa – sallivat vain ±75 ppm:n toleranssin, tämä ei jätä juuri varaa virheille. Kaikissa suuren suorituskyvyn CO₂-antureissa tulisi siksi olla absoluuttisen paineen kompensaatio (kuva 2)

On tehtävä laaja testaus sen varmistamiseksi, että anturi voi toimia erilaisissa olosuhteissa vakauden ja toiminnan takaamiseksi pitkällä aikavälillä. Antureita on siksi testattava pitkän aikaa – useita viikkoja – ja testeissä on katettava kaikki mahdolliset sääolosuhteet sekä keskityttävä niihin, joiden tiedetään aiheuttavan paljon rasitusta laitteelle. Esimerkiksi suorituskyky ei-kondensoivassa kosteassa lämmössä voidaan testata 95 prosentin suhteellisella kosteudella ja lämpötilalla 35 °C sen varmistamiseksi, että anturi on korroosionkestävä ja säilyttää suorituskykynsä. Toisaalta kuivalämpömittaukset tulisi tehdä korkeammissa lämpötiloissa – 60–70 °C – sen vahvistamiseksi, ettei ilmene materiaalien lämpölaajenemiskertoimien eron aiheuttamaa siirtymää. Koska sisäisillä lämpötilagradienteilla voi myös olla merkitystä laitteen kokonaissuorituskykyyn, anturielementit on rakennettava tavalla, joka minimoi itselämpenemisen.