Izazovi detekcije CO2

Prednosti svežeg vazduha za zdravlje su nepobitne, a njegov manjak loše utiče na naše zdravlje i sposobnost koncentracije. Nažalost, u ovom užurbanom svetu, malo nas može da provodi onoliko vremena napolju koliko bismo želeli. U proseku provodimo do 90% života u zatvorenom prostoru, a najveći deo tog vremena čini boravak kod kuće. Iako redovno napuštamo svoje domove, veliki deo vremena koji provodimo van kuće je u drugom zatvorenom prostoru, na primer u kancelariji, restoranu ili prodavnici. Ovo jasno pokazuje značaj kvalitetnog unutrašnjeg vazduha i pravilnog nadzora nivoa CO₂, naročito u zatvorenim prostorima.

Iako visoki nivo CO₂ i loš kvalitet vazduha nisu sinonimi, povišene koncentracije CO₂ mogu biti dobar pokazatelj da je prostoru potrebna dodatna ventilacija. Osim toga, povećanje CO₂ često prati povećanje koncentracija isparljivih organskih jedinjenja, jer i jedno i drugo emituju ljudi. Opšte je poznato da loš vazduh – naročito onaj sa isparljivim organskim jedinjenjima – može imati loš uticaj na zdravlje i povećati rizik od prenosa virusa koji se prenose vazduhom, kao što je SARS-CoV-2. Osim toga, manjak svežeg vazduha može da ima i veliki uticaj na produktivnost i sposobnost koncentrisanja – što potvrđuju brojne studije.

Ekstremi nikada nisu dobri, a to važi i za ventilaciju. KGH sistemi koji neprekidno rade maksimalnim kapacitetom će dovesti do velike potrošnje energije i posledično do ogromnih računa za struju, naročito u veoma toplim ili hladnim periodima. Zato ne iznenađuje što se na ventilaciju kontrolisanom potražnjom trenutno gleda kao na zlatni standard KGH sistema, a koncentracija CO₂ se često koristi kao kontrolni parametar, jer je blisko povezan sa kvalitetom vazduha. Ova primena se odnosi na senzore koji pružaju tačne informacije o nivoima CO₂, koji aktiviraju sistem kada se dostigne definisana granica. Iako standardi koji se odnose na komfor variraju širom sveta, postoji konsenzus da nivoe CO₂ treba uvek držati ispod 1000 ppm i da ne bi trebalo da premaše 1500 ppm u dužim periodima. Dobar kompromis predstavlja merenje i podešavanje nivoa CO₂ na svakih 30 sekundi, što omogućuje čist vazduh i niske račune za utrošenu energiju.

Tipična konstrukcija senzora za CO₂ se sastoji od svetlosnog izvora i dva detektora (slika 1). Kada svetlost prolazi kroz komoru za merenje, ispunjenu unutrašnjim vazduhom iz ambijenta, apsorbuju je prisutni molekuli. Jedan detektor ima filter sa prozorom na oko 4,3 µm – što odgovara vršnoj vrednosti u spektru apsorpcije CO₂ – to znači da registruje gašenje svetlosti zbog prisustva molekula CO₂. Sa druge strane, referentni detektor meri intenzitet nefiltrirane svetlosti, što omogućuje utvrđivanje nivoa CO₂ poređenjem dva merenja. Konstrukcija sa dva senzora takođe pomaže da se spreči smanjenje intenziteta svetlosti zbog degradacije svetlosnog izvora ili sitnih čestica prašine. Da bi se dodatno pojačala robusnost senzora, trebalo bi ih opremiti poklopcem za zaštitu od prašine koji sprečava ometanje detektora.

Iako se pristup dvojnog senzora smatra tačnim, samo on ne može da garantuje stabilna dugoročna merenja, jer osnovna vrednost može da počne da varira sa vremenom zbog starenja komponenti senzora. Ovo se može popraviti kroz automatsku korekciju osnovnih vrednosti (ABC, engl. automatic baseline correction), koja neprekidno prati najniža očitavanja senzora i koriguje sva uočena odstupanja. Ovaj pristup dobro funkcioniše u zgradama u kojima u određenim vremenskim periodima nema ljudi, kao što su kancelarije koje su zatvorene vikendom. Međutim, ovo odstupanje nije lako identifikovati i rešiti na mestima na kojima ima ljudi non-stop, na primer u ambulantama za hitan prijem u bolnicama, u logističkim centrima ili u fabrikama. Zato je neophodno koristiti robusne senzore koji pružaju tačna dugoročna merenja bez potrebe za konstantnim kalibrisanjem, omogućujući da se koriste u svim primenama, bez obzira na obrasce popunjenosti.

Sobni senzor mora da ima sposobnost tačnog merenja nivoa CO₂ u svim uslovima, što znači da mora da ima dobru otpornost i na postepene i na akutne promene pritiska, temperature i vlažnosti. Razlike u pritisku na različitim nadmorskim visinama takođe moraju da se uzmu u obzir, jer čak i visina od 400 m iznad nivoa mora može da dovede do pomaka od 70 ppm u izmerenoj koncentraciji CO₂. Ako uzmemo u obzir da neka regulatorna tela – na primer, nekoliko državnih vlada u SAD – dozvoljavaju toleranciju od samo ±75 ppm, ovo skoro ne ostavlja marginu za grešku. Svi senzori za CO₂ visokih performansi zato treba da imaju kompenzaciju apsolutnog pritiska (slika 2)

Produženo ispitivanje bi trebalo uraditi da bi se osiguralo da senzor može da radi u raznim uslovima kako bi se garantovali dugoročna stabilnost i funkcija. Senzore bi zato trebalo ispitivati u produženom periodu – u rasponu od nekoliko nedelja – koji obuhvata sve moguće vremenske uslove i fokusirati se na one za koje se zna da mnogo opterećuju uređaj. Na primer, performanse na vlažnoj toploti bez kondenzovanja mogu se ispitivati na 95% relativne vlažnosti i 35 °C da bi se osiguralo da senzor pokazuje otpornost na koroziju i da može da održi svoje performanse. Sa druge strane, merenja na suvoj toploti bi trebalo raditi na višim temperaturama – 60 °C – 70 °C – da bi se potvrdilo da ne dolazi do odstupanja zbog razlika u koeficijentima širenja materijala. Pošto interni gradijenti temperature takođe mogu da imaju ulogu u ukupnim performansama uređaja, elementi senzora moraju da budu ugrađeni tako da se samozagrevanje svede na minimum.