Provocările privind detectarea CO2

Beneficiile aerului proaspăt pentru sănătate sunt incontestabile, lipsa acestuia având impact asupra stării de sănătate și asupra capacității de concentrare. Din păcate, în această lume dinamică, puțini dintre noi beneficiază de posibilitatea de a petrece mult timp în aer liber. În medie, ne petrecem până la 90% din viață în spații închise, cea mai mare parte a acestui timp fiind petrecută în locuințele noastre. Chiar dacă ieșim din locuință în mod regulat, o mare parte din timpul petrecut în afara locuinței este petrecut într-un alt spațiu închis, de exemplu, un birou, un restaurant sau un magazin. Astfel, importanța aerului interior de înaltă calitate devine tot mai clară, fiind necesară și monitorizarea adecvată a concentrației de CO₂, în special în spațiile aglomerate.

Deși concentrația mare de CO₂ și aerul viciat nu sunt sinonime, concentrațiile ridicate de CO₂ pot constitui un bun indiciu că o încăpere necesită ventilație suplimentară. În plus, creșterea concentrației de CO₂ implică deseori și creșterea concentrației substanțelor chimice organice volatile (COV), ambele fiind emise de oameni. Este cunoscut faptul că aerul viciat - în special cel cu conținut ridicat de compuși organici volatili - poate fi dăunător pentru sănătate și poate crește riscul de transmitere a virușilor aeropurtați, precum SARS-CoV-2. De asemenea, lipsa aerului curat are impact mare asupra productivității și a capacității de concentrare - o afirmație dovedită cu numeroase studii.

Extremele nu constituie niciodată factori pozitivi, această afirmație fiind valabilă și în cazul ventilației. Sistemele HVAC utilizate constant la capacitate maximă cauzează un consum ridicat de energie și, în consecință, și facturi exorbitante pentru electricitate, în special în perioadele foarte calde sau foarte reci. Prin urmare, nu constituie o surpriză faptul că ventilația la cerere este considerată în prezent ca fiind standardul de aur pentru sistemele HVAC, concentrația de CO₂ fiind deseori utilizată ca parametru de control, deoarece este în strânsă corelație cu calitatea aerului. Această aplicație se bazează pe senzori care furnizează informații precise despre concentrația de CO₂, activând sistemul în cazul atingerii unei anumite limite. Deși normele de confort variază în întreaga lume, există un consens asupra faptului că nivelurile de CO₂ trebuie menținute întotdeauna sub 1.000 ppm și să nu depășească 1.500 ppm pentru perioade lungi de timp. În acest caz, un compromis adecvat constă în măsurarea și ajustarea concentrației de CO₂ la fiecare 30 de secunde, menținând astfel aerul proaspăt și facturile de energie la nivel scăzut.

Un senzor de CO₂ obișnuit constă dintr-o sursă de lumină și două detectoare (figura 1). Pe măsură ce lumina trece prin camera de măsurare, umplută cu aerul ambiant din interior, aceasta este absorbită de moleculele prezente. Unul dintre detectoare dispune de un filtru cu o fereastră de aproximativ 4,3 µm - care corespunde unui vârf în spectrul de absorbție al CO₂ - ceea ce înseamnă că înregistrează doar extincția luminii cauzată de prezența moleculelor de CO₂. În schimb, detectorul de referință măsoară intensitatea luminii nefiltrate, facilitând astfel determinarea nivelului de CO₂ prin compararea celor două măsurători. Designul cu senzor dublu ajută, de asemenea, la contracararea scăderii intensității luminoase cauzate de degradarea sursei de lumină sau de particule mici de praf. În scopul sporirii robusteții senzorilor, ei ar trebui echipați cu un capac de protecție împotriva prafului, în scopul prevenirii producerii de interferențe între particulele de praf și detectoare.

Deși abordarea cu două canale este considerată ca fiind precisă, această măsură nu garantează măsurători stabile pe termen lung, deoarece linia de bază poate devia din cauza îmbătrânirii componentelor senzorului. Această problemă poate fi soluționată prin corectarea automată a liniei de bază (ABC), care monitorizează constant cele mai mici valori înregistrate de senzori și corectează orice deviație detectată. Această abordare prezintă eficiență în cazul clădirilor neocupate pentru anumite perioade de timp, cum sunt birourile închise la sfârșit de săptămână. Această abatere nu este ușor de identificat și de abordat în spațiile ocupate 24 de ore din 24, 7 zile din 7, astfel de spații fiind camerele de urgență ale spitalelor, centrele logistice sau fabricile. Astfel, este esențială utilizarea unor senzori robuști care asigură măsurători precise pe termen lung, fără necesitatea calibrării constante, ceea ce facilitează utilizarea acestora în toate aplicațiile, indiferent de tiparele de ocupare.

Asigurați-vă întotdeauna de faptul că senzorul de cameră folosit măsoară cu precizie concentrația de CO₂ indiferent de condiții, ceea ce înseamnă că trebuie dispună de o rezistență bună atât la schimbările treptate, cât și la cele acute de presiune, de temperatură și de umiditate. Diferențele de presiune survenite la diferite altitudini trebuie, de asemenea, luate în considerare, deoarece chiar și o altitudine de 400 m deasupra nivelului mării poate cauza un decalaj de 70 ppm în concentrația de CO₂ măsurată. Având în vedere că unele organisme de reglementare - de exemplu, mai multe guverne de stat din SUA - permit doar o toleranță de ±75 ppm, marja de eroare este aproape exclusă. În consecință, orice senzor de CO₂ de înaltă performanță trebuie să includă compensarea presiunii absolute (Figura 2).

Pentru verificarea posibilității utilizării senzorului este necesară efectuarea de teste extinse, în scopul garantării stabilității și a funcționării pe termen lung a senzorului. Prin urmare, senzorii trebuie testați pentru o perioadă îndelungată - care se întinde pe mai multe săptămâni - acoperind toate condițiile meteorologice posibile și țintind aspectele care afectează semnificativ senzorii. De exemplu, performanța la căldură umedă fără condensare poate fi testată la o umiditate relativă de 95% și la 35°C, în scopul asigurării faptului că senzorul prezintă rezistență la coroziune și își menține performanța. Pe de altă parte, măsurătorile în condiții de căldură uscată trebuie efectuate la temperaturi mai ridicate - 60-70°C - pentru confirmarea faptului că nu are loc nicio abatere din cauza diferenței dintre coeficienții de dilatare ai materialelor. Deoarece gradienții de temperatură internă pot influența performanța generală a aparatului, elementele senzorului trebuie construite astfel încât să reducă la minim autoîncălzirea.