Utfordringene med CO2-registrering

Helsegevinstene med frisk luft er udiskutable, og mangelen på frisk luft påvirker helsen vår og evnen til å fokusere. Vi lever dessverre i en travel verden, få av oss kan tilbringe så mye tid utendørs som vi skulle ønske. Vi tilbringer opp til 90 % av livene våre innendørs, og størsteparten av den tiden er vi i våre egne hjem. Selv om vi forlater hjemmene våre regelmessig, så tilbringes mye av tiden ute av hjemmet på andre steder innendørs, som på et kontor, en restaurant eller i butikker. Dette viser tydelig viktigheten av høy innendørs luftkvalitet og riktig overvåkning av CO₂-nivåene, særlig på folksomme steder.

Selv om høye CO₂-nivåer og dårlig luftkvalitet ikke er synonymer, kan økte konsentrasjoner av CO₂ være en god indikator på at rommet trenger ytterligere ventilasjon. I tillegg kan en økning i CO₂ ofte gå hånd-i-hånd med økte konsentrasjoner av flyktige organiske forbindelser (VOC), siden begge deler kommer fra mennesker. Det er velkjent at dårlig luft, særlig store mengder VOC, kan være helseskadelig og øke risikoen for overføring av luftbårne virus, som SARS-CoV-2. I tillegg har mangel på frisk luft også stor innvirkning på produktiviteten og evnen til å fokusere – en påstand som støttes av en rekke studier.

Det ekstreme er aldri bra, og dette stemmer også for ventilasjon. HVAC-systemer som konstant opererer på maksimal kapasitet vil føre til høyt strømforbruk og dermed høye strømregninger, særlig i svært varme eller kalde perioder. Det er derfor ingen overraskelse at behovsstyrt ventilasjon anses som gullstandarden for HVAC-systemer, og CO₂-konsentrasjonen anses ofte som en styringsparameter, siden den er nært knyttet til luftkvaliteten. Denne applikasjonen er avhengig av sensorer som gir nøyaktig informasjon om CO₂-nivået og aktiverer systemet når en bestemt grense er nådd. Selv om komfortstandarder varierer rundt om i verden, er det enighet om at CO₂-nivåene alltid skal holdes under 1000 ppm, og ikke overstige 1500 ppm i lange perioder. Et godt kompromiss er å måle og justere CO₂-nivåene hvert 30. sekund, slik at luften holdes frisk og strømregningene holdes lave.

Et vanlig CO₂-sensordesign består av en lyskilde og to detektorer (bilde 1). Når lys passerer gjennom målekammeret, som er fylt med inneluften i miljøet, absorberes den av molekylene som er til stede. En detektor har et filter med et vindu på rundt 4,3 µm, som tilsvarer en topp i absorpsjonsspekteret for CO₂, noe som betyr at den kun registrerer utslokking av lys på grunn av tilstedeværelsen av CO₂-molekyler. I motsetning måler referansedetektoren den ufiltrerte lysintensiteten, noe som gjør det mulig å bestemme CO₂-nivået ved å sammenligne de to målingene. Designet med to sensorer bidrar også til å motvirke fall i lysintensitet som stammer fra lyskildenedbrytning eller små støvpartikler. For ytterligere å fremme robustheten til sensorene, må de utstyres med et støvdeksel som stopper partiklene fra å påvirke detektorene.

Selv om tilnærmingen med dobbel kanal anses å være nøyaktig, kan den alene ikke garantere stabile målinger over lang tid, siden grunnlinjen kan begynne å forflytte seg over tid når sensorkomponentene blir eldre. Dette kan fikses med automatisk korrigering av grunnlinjen (ABC), som kontinuerlig følger sensorenes laveste avlesning og korrigerer for registrerte avvik. Denne tilnærmingen fungerer bra for bygninger som er bebodd i perioder, slik som kontorer som er stengt i helgen. Men avviket er ikke så enkelt å identifisere og adressere på steder som er bebodd hele tiden, for eksempel akuttavdelinger på sykehus, logistikksenter eller fabrikker. Derfor er det viktig å bruke robuste sensorer som gir nøyaktige langsiktige målinger uten behov for konstant kalibrering, slik at de kan brukes i alle applikasjoner, uansett når det befinner seg folk der.

En romsensor må kunne måle CO₂-nivåer nøyaktig under alle forhold, og det betyr at den må ha god resistens mot både gradvise og akutte endringer i trykk, temperatur og luftfuktighet. Trykkforskjellene i ulike høyder må også tas i betraktning, siden selv en økning på 400 m over havnivå kan resultere i en 70 ppm forskyvning i den målte CO₂ -konsentrasjonen. Siden enkelte reguleringsorganer, for eksempel flere delstatsmyndigheter i USA, bare tillater en toleranse på ±75 ppm, gir dette nesten ingen feilmargin. Enhver CO₂-sensor med høy ytelse bør derfor inkludere absolutt trykkompensasjon (bilde 2)

Utvidet testing bør utføres for å sikre at sensoren kan fungere under ulike forhold for å garantere langsiktig stabilitet og funksjon. Derfor må sensorer testes i en lengre periode, over flere uker, slik at testen dekker alle mulige værforhold og fokuserer på de som vi vet legger stort press på enheten. For eksempel kan ikke-kondenserende fuktig varm ytelse testes ved 95 % relativ luftfuktighet og 35 °C for å sikre at sensoren utviser korrosjonsmotstand og kan opprettholde ytelsen. På den annen side bør tørre varmemålinger utføres ved høyere temperaturer – 60-70 °C – for å bekrefte at det ikke oppstår avvik på grunn av forskjellen i materialenes ekspansjonskoeffisienter. Siden interne temperaturgradienter også kan spille en rolle for enhetens generelle ytelse, må sensorelementene bygges på en måte som minimerer selvoppvarming.