CO2 algılamanın zorlukları

Temiz havanın sağlığa faydaları yadsınamaz ve eksikliği sağlığımızı ve odaklanma yeteneğimizi etkiler. Maalesef, bu yoğun dünyada çok azımız dışarıda istediğimiz kadar vakit geçirebiliyoruz. Ortalama olarak hayatımızın %90'ını kapalı mekanlarda geçiriyoruz ve bu sürenin büyük bir kısmını evlerimizde geçiriyoruz. Evlerimizden düzenli olarak çıksak da, ev dışında geçirdiğimiz zamanın çoğu ofis, restoran veya mağaza gibi başka bir kapalı mekanda geçiyor. Bu durum, özellikle kalabalık mekanlarda yüksek kaliteli iç havanın ve CO₂ seviyelerinin uygun şekilde izlenmesinin önemini açıkça göstermektedir.

Yüksek CO₂ seviyeleri ve kötü hava kalitesi eş anlamlı olmasa da, yüksek CO₂ konsantrasyonları odanın ek havalandırmaya ihtiyaç duyduğuna dair iyi bir gösterge olabilir. Buna ek olarak, CO₂'deki artış genellikle uçucu organik bileşik (VOC) konsantrasyonlarındaki bir artışla el ele gider, çünkü her ikisi de insanlar tarafından yayılır. Kötü havanın, özellikle de yüksek uçucu organik bileşiklerin sağlığa zararlı olabileceği ve SARS-CoV-2 gibi havadan bulaşan virüslerin bulaşma riskini artırabileceği yaygın olarak bilinmektedir. Ayrıca, temiz hava eksikliğinin üretkenlik ve odaklanma yeteneği üzerinde de büyük bir etkisi vardır; bu iddia çok sayıda çalışma tarafından desteklenmektedir.

Ekstrem durumlar asla iyi değildir ve bu durum havalandırma için de geçerlidir. Sürekli olarak maksimum kapasitede çalışan ısıtma, havalandırma ve iklimlendirme (HVAC) sistemleri, özellikle çok sıcak veya çok soğuk dönemlerde yüksek enerji tüketimine ve dolayısıyla fahiş elektrik faturalarına yol açacaktır. Bu nedenle, talep kontrollü havalandırmanın şu anda HVAC sistemleri için altın standart olarak görülmesi ve CO₂ konsantrasyonunun hava kalitesiyle yakından ilişkili olduğu için genellikle bir kontrol parametresi olarak kullanılması sürpriz değildir. Bu uygulama, CO₂ seviyeleri hakkında hassas bilgi sağlayan sensörlere dayanır ve belirli bir sınıra ulaşıldığında sistemi etkinleştirir. Konfor normları dünya çapında değişiklik gösterse de, CO₂ seviyelerinin her zaman 1.000 ppm'nin altında tutulması ve uzun süreler boyunca 1.500 ppm'yi aşmaması gerektiği konusunda bir fikir birliği vardır. CO₂ seviyelerini her 30 saniyede bir ölçmek ve ayarlamak, havayı taze, enerji faturalarını düşük tutan iyi bir uzlaşmadır.

Yaygın bir CO₂ sensörü tasarımı, bir ışık kaynağı ve iki detektörden oluşur (Resim 1). Işık, iç ortam havasıyla dolu ölçüm odasından geçerken mevcut moleküller tarafından absorbe edilir. Detektörlerden biri, CO₂ absorpsiyon spektrumundaki bir zirveye karşılık gelen yaklaşık 4,3 µm'lik bir pencereye sahip bir filtreye sahiptir; bu, yalnızca CO₂ moleküllerinin varlığı nedeniyle ışığın sönmesini kaydettiği anlamına gelir. Buna karşılık, referans detektör filtrelenmemiş ışık yoğunluğunu ölçerek iki ölçümün karşılaştırılmasıyla CO₂ seviyesinin belirlenmesini mümkün kılar. Çift sensör tasarımı, ışık kaynağının bozulması veya küçük toz parçacıklarından kaynaklanan ışık yoğunluğundaki düşüşe karşı koymaya da yardımcı olur. Sensörlerin sağlamlığını daha da artırmak için, partiküllerin detektörlerle girişim yapmasını önleyen bir toz kapağı takılmalıdır.

Çift kanal yaklaşımının hassas olduğu düşünülse de, sensör bileşenlerinin eskimesi nedeniyle başlangıç seviyesi zaman içinde kaymaya başlayabileceğinden, tek başına uzun vadeli istikrarlı ölçümleri garanti edemez. Bu, sensörlerin en düşük okumasını sürekli olarak izleyen ve tespit edilen tüm sapmaları düzelten otomatik başlangıç seviyesi düzeltmesi (ABC) ile düzeltilebilir. Bu yaklaşım, hafta sonu kapalı olan ofisler gibi belirli süreler boyunca kullanılmayan binalar için iyi sonuç verir. Ancak, hastane acil servisleri, lojistik merkezleri veya fabrikalar gibi 7/24 dolu olan mekanlarda bu sapmayı tespit etmek ve ele almak o kadar kolay değildir. Bu nedenle, sürekli kalibrasyona ihtiyaç duymadan uzun vadeli hassas ölçümler sağlayan ve doluluk düzenlerinden bağımsız olarak tüm uygulamalarda kullanılmalarına olanak tanıyan sağlam sensörlerin kullanılması çok önemlidir.

Bir oda sensörünün her koşulda CO₂ seviyelerini doğru bir şekilde ölçebilmesi gerekir; bu da basınç, sıcaklık ve nemdeki hem kademeli hem de sert değişikliklere karşı iyi bir dirence sahip olması gerektiği anlamına gelir. Deniz seviyesinden 400 m yükseklikte bile ölçülen CO₂ konsantrasyonunda 70 ppm'lik bir sapma meydana geldiğinden, farklı rakımlardaki basınç farklılıklarının da hesaba katılması gerekir. Bazı düzenleyici kurumların - örneğin ABD'deki bazı eyalet yönetimlerinin - sadece ±75 ppm'lik bir toleransa izin verdiği düşünüldüğünde, bu neredeyse hiç hata payı bırakmamaktadır. Bu nedenle tüm yüksek performanslı CO₂ sensörleri mutlak basınç telafisi özelliğine sahip olmalıdır (Resim 2)

Uzun vadeli stabiliteyi ve çalışmayı garanti etmek amacıyla sensörün çeşitli koşullar altında çalışabilmesini sağlamak için genişletilmiş testler yapılmalıdır. Bu nedenle sensörler, olası tüm hava koşullarını kapsayan ve cihaz üzerinde çok fazla stres yarattığı bilinen koşullara odaklanılan birkaç haftalık uzun bir süre boyunca test edilmelidir. Örneğin, sensörün korozyon direnci gösterdiğinden ve performansını koruyabildiğinden emin olmak için yoğuşmasız ıslak ısı performansı %95 bağıl nem ve 35 °C'de test edilebilir. Öte yandan, kuru ısı ölçümleri, malzemelerin genleşme katsayılarındaki farklılık nedeniyle herhangi bir sapma meydana gelmediğini doğrulamak için daha yüksek sıcaklıklarda (60-70 °C) yapılmalıdır. Dahili sıcaklık değişim hızları da genel ünite performansında rol oynayabileceğinden, sensör elemanları kendi kendine ısınmayı en aza indirecek şekilde üretilmelidir.