Utmaningarna med koldioxidavkänning

Hälsofördelarna med friskluft är obestridliga, och bristen på den påverkar vår hälsa och förmågan att fokusera. I dagens hektiska värld är det tyvärr få av oss som kan tillbringa så mycket tid utomhus som vi kanske skulle vilja. I genomsnitt tillbringar vi upp till 90 % av våra liv inomhus, och större delen av den tiden bor vi i våra hem. Även om vi lämnar våra hem regelbundet är mycket av tiden utanför hemmet på en annan plats inomhus, till exempel kontor, restauranger eller butiker. Detta visar tydligt vikten av högkvalitativ inomhusluft och korrekt övervakning av koldioxidnivåer, särskilt i trånga lokaler.

Även om höga halter av koldioxid och dålig luftkvalitet inte är synonymt, kan förhöjda koncentrationer av koldioxid vara en god indikation på att rummet kräver extra ventilation. Dessutom kommer en ökning av koldioxid ofta hand i hand med en ökning av koncentrationerna av flyktiga organiska föreningar (VOC), eftersom båda släpps ut av människor. Det är allmänt känt att dålig luft – särskilt höga VOC – kan vara skadlig för hälsan och öka risken för överföring av luftburna virus, såsom SARS-CoV-2. Dessutom har brist på frisk luft också en stor inverkan på produktiviteten och koncentrationsförmågan – ett påstående som styrks av många studier.

Extremer är aldrig bra, och detta gäller även för ventilation. HVAC-system som ständigt arbetar med maximal kapacitet kommer att leda till hög energiförbrukning och följaktligen orimliga elräkningar, särskilt under mycket varma eller kalla perioder. Det är därför ingen överraskning att behovsstyrd ventilation för närvarande ses som guldstandarden för HVAC-system, och koldioxidkoncentrationen används ofta som en kontrollparameter, eftersom den har ett nära samband med luftkvaliteten. Denna applikation förlitar sig på givare som ger korrekt information om koldioxidnivåer och aktiverar systemet när en viss gräns har nåtts. Även om komfortnormer varierar runt om i världen finns det en enighet om att koldioxidnivåerna alltid bör hållas under 1 000 ppm och inte överstiga 1 500 ppm under långa perioder. En bra kompromiss är att mäta och justera koldioxidnivåerna var 30:e sekund, vilket håller luften frisk och elräkningen låg.

En vanlig koldioxidgivarkonstruktion består av en ljuskälla och två detektorer (bild 1). När ljus passerar genom mätkammaren, fylld med omgivande inomhusluft, absorberas det av de närvarande molekylerna. En detektor har ett filter med ett fönster på cirka 4,3 µm, vilket motsvarar en topp i koldioxidabsorptionsspektrumet. Det innebär att den bara registrerar utsläckning av ljus på grund av närvaron av koldioxidmolekyler. Referensdetektorn mäter däremot den ofiltrerade ljusintensiteten, vilket gör det möjligt att bestämma koldioxidnivån genom att jämföra de två mätningarna. Konstruktionen med dubbla givare hjälper också till att motverka minskningen i ljusintensitet som härrör från ljuskällans försämring eller små dammpartiklar. För att ytterligare förbättra givarnas robusthet bör de förses med ett dammskydd som hindrar partiklar från att störa detektorerna.

Även om tvåkanalsmetoden anses vara korrekt kan den inte på egen hand garantera stabila långsiktiga mätningar, eftersom baslinjen kan börja glida över tiden på grund av åldrande givarkomponenter. Detta kan åtgärdas genom automatisk baslinjekorrigering (ABC), som ständigt spårar givarnas lägsta avläsning och korrigerar för eventuell drift som detekteras. Denna metod fungerar bra för byggnader som är tomma under vissa perioder, t.ex. kontor som är stängda under helgen. Denna drift är dock inte lika lätt att identifiera och åtgärda i lokaler som är upptagna dygnet runt, till exempel akutmottagningar på sjukhus, logistikcenter eller fabriker. Det är därför avgörande att använda robusta givare som ger exakta långtidsmätningar utan behov av konstant kalibrering, vilket gör att de kan användas i alla applikationer, oavsett beläggningsmönster.

En rumsgivare måste kunna mäta koldioxidnivåer exakt under alla förhållanden, vilket innebär att den behöver ha ett bra motstånd mot både gradvisa och akuta förändringar i tryck, temperatur och luftfuktighet. Tryckskillnaderna på olika höjder måste också beaktas, eftersom även en höjd på 400 m över havet resulterar i en förskjutning på 70 ppm i den uppmätta koldioxidkoncentrationen. Med tanke på att vissa tillsynsorgan – till exempel flera delstatsregeringar i USA – endast tillåter en tolerans på ±75 ppm lämnar detta nästan ingen marginal för fel. Alla högpresterande koldioxidgivare bör därför inbegripa absolut tryckkompensation (bild 2)

Utökade tester bör genomföras för att säkerställa att givare kan fungera under olika förhållanden för att garantera långsiktig stabilitet och funktion. Givare bör därför testas under en längre period – som sträcker sig över ett antal veckor – och täcker alla möjliga väderförhållanden och fokuserar på de som är kända för att belasta enheten mycket. Till exempel kan icke-kondenserande våtvärmeprestanda testas vid 95 % relativ fuktighet och 35 °C för att säkerställa att givaren uppvisar korrosionsbeständighet och kan bibehålla sin prestanda. Å andra sidan bör torrvärmemätningar genomföras vid högre temperaturer – 60–70 °C – för att bekräfta att ingen drift sker på grund av skillnaden i materialens expansionskoefficienter. Eftersom interna temperaturgradienter också kan spela en roll för enhetens övergripande prestanda måste givarelementen byggas på ett sätt som minimerar självuppvärmning.