Ответ очевидный: чтобы измерять концентрацию углекислого газа в воздухе. Но для чего нужно ее измерять? Скажем, зачем на базовой станции MagicAir, кроме датчиков температуры и влажности, есть еще и датчик СО2? С температурой и относительной влажностью все ясно: это основные показатели погоды – и на улице, и дома. А про углекислый газ нужно рассказать отдельно. Заодно познакомим вас с понятием адаптивной вентиляции.
Диоксид углерода, находящийся в воздухе, при разной концентрации, по-разному влияет на самочувствие человека. Нормальным значением в атмосфере считается 400 частей на миллион. При увеличении свыше 1500 может ощущаться усталость, чувство духоты. Отсутствие должной вентиляции и отсутствие контроля содержания углекислоты в воздухе является причиной потери внимания, снижения способности восприятия информации учеников в малых аудиториях, кабинетах, у работников офисов.
Схема повышения концентрации
Обладая газоанализатором углекислого газа можно вовремя принять меры по снижению высокого содержания двуокиси углерода. Определить, необходимо ли приобретать дополнительную вентиляцию и установить собственный допустимый минимальный предел, помогающий чувствовать себя всегда свежо.
- Принцип действия
- Газоанализаторы
- Заключение
Почему именно СО2 – индикатор работы вентиляции?
Человек вдыхает воздух, в котором в среднем 21 % кислорода и 0,04 % углекислого газа. А выдыхает уже совсем другой: 16,3 % кислорода и 4 % углекислого газа. Если взять литр вдыхаемого воздуха и литр выдыхаемого, то во втором будет в 100 раз больше углекислого газа.
Если человек долго сидит в замкнутом помещении, за счет выдыхаемого им воздуха в комнате постепенно накапливается СО2. Чем медленнее обновляется комнатный воздух, тем быстрее растет уровень СО2. К чему может привести большое количество углекислого газа, мы уже писали.
Но повышение уровня СО2 – это не только вред от самого углекислого газа. Многочисленные эксперименты в области микроклимата показали: количество СО2 связано с концентрацией других вредных газов (например, фенолформальдегиды, ацетон, аммиак). Все эти вещества есть почти в любом жилом помещении, их выделяет мебель и отделочные материалы.
Если в комнате много углекислого газа, то скорее всего и других вредных веществ в комнатном воздухе больше, чем полагается.
Эта связь объясняется очень просто. Углекислый газ не удаляется из воздуха никакими бытовыми фильтрами, единственный способ избавиться от него – «выдуть» его из комнаты с помощью приточной и вытяжной вентиляции. Если вентиляция работает плохо, значит СО2 будет накапливаться в помещении. А вместе с ним и другие вредные газы.
Именно поэтому специалисты приняли уровень СО2 как главный индикатор работы вентиляции. По идее, оценить работу вентиляции можно было бы и по концентрации любого другого газового загрязнителя. Но мы не знаем наверняка, какие именно газы есть в конкретном помещении, а каких нет. Зато мы знаем, что углекислый газ в комнате точно есть, и датчик нам его покажет.
Сколько СО2 в воздухе
В российском ГОСТ 30494–2011 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях» указаны четыре класса помещений, в зависимости от уровня СО2. В двух словах эти классы выглядят так:
- 1 класс: СО2 до 400 ppm – отличный воздух, дышите на здоровье!
- 2 класс: СО2 от 400 до 600 ppm – хороший воздух, дышать легко.
- 3 класс: СО2 от 600 до 1 000 ppm – на нижней границе воздух еще нормальный, на верхней уже так себе.
- 4 класс: СО2 больше 1 000 ppm – недопустимое качество воздуха, срочно проветривать!
1 ppm – это одна миллионная доля. Если датчик СО2 показывает 1 ppm, это значит, что в 1 м3 воздуха содержится 1 см3 углекислого газа. Не стоит ломать голову над этой величиной, предлагаем относиться к ней как к условной единице измерения концентрации газов в воздухе. В том числе углекислого. На улице уровень СО2 составляет 350-400 этих условных единиц, в помещении – до 1 000. Больше 1 000 условных единиц – значит, углекислого газа в воздухе больше, чем должно быть.
Газоанализаторы
Датчик углекислого газа бренда AZ из магазина Ideal Concept Store, имеющий артикул CO87, похож на часы — будильник, имеющий встроенный экран. Фронтальная сторона наклонена к поверхности под углом 15 градусов и имеет круглую форму диаметром 12 см. Устройство не имеет выступающих частей и острых углов. Высота устройства 8 см. Корпус сделан из серого пластика.
Данный прибор имеет следующие особенности:
Купить данный газоанализатор со скидкой.
Анализатор углекислого газа AZ, имеющий артикул CO22_EU, выглядит как фото-рамка с габаритами 130*85*60 мм
Устройство можно связать с системой вентиляции и задать определённое значение, по которому будет происходить включение, либо отключение вентиляции. Возможен вывод показания содержания углекислоты на компьютер.
- Диапазон измерения: 0 -2000 ppm, 2001 – 9999 вне шкалы (с разрешением в 1 ppm)
- Точность измерения CO2: ±50 ppm
- Время выхода на режим после включение: 30 секунд
- 3,07” LCD экран c подсветкой
- Питание 12 V / 1 А
- Ёмкость аккумулятора 50 мА
Газоанализатор бренда Barry Century из магазина Instruments, имеющий артикул AZ7788A имеет формы небольшой пластиковой коробочки с размерами 120*91,2*27 мм.
Из основных особенностей можно выделить составление на собственном ЖК экране график изменения концентрации фиксируемого газа, наличие трех диодов, сообщающих о качестве воздуха.
Технические характеристики следующие:
- Диапазон концентрации измерения углекислого газа: 0 -5000 ppm
- Погрешность измерения CO2: ±50 ppm
- Адаптер 5 V / 16 мА. Аккумулятор ёмкостью 160 мА
Измеритель концентрации углекислого газа из магазина NewBeautifulLife Store версии 8802-EN-00 является портативным вертикально стоящим датчиком. Небольшие габариты позволяют брать устройство в карман. На ЖК экране кроме концентрации анализируемого вещества отображается температура, давление, дату и время.
Детектор имеет характеристики:
- Диапазон измерения диоксида углерода 0 – 2000 ppm с разрешением в 0,1 ppm
- Погрешность измерения ±3%
- Параметры рабочей среды: температура 0 – 50 , влажность 10 – 90 %.
- Тип датчика: NDIR CO2
- Адаптер питания 5 V
- Имеется звуковой и световой сигнал предупреждения о превышении установленной концентрации.
Датчик диоксида углерода в воздухе из магазина instrument Factory Store под артикулом HT-2000 имеет следующие характеристики:
- Диапазон измерения CO2: 0 – 9999 ppm (вне шкалы)
- Дисплей LCE: 3,5 дюйма (8,9 см) с подсветкой
- Время отклика: 10 секунд
- Точность измерения: ± 50ppm
- Срок службы: 15 лет
- Параметры рабочей среды: температура 0 – 50 , влажность 10 – 90 %.
Анализатор, продаваемый магазином Measuring Tools под артикулом HT-501, имеет стильный дизайн миниатюрных часов, показывающих концентрацию углекислоты, температуру и влажность. Экран обведён чёрной рамкой, цифры отображаются на тёмном фоне и при этом легко читаются. Управление просто и интуитивно понятно, имеет прочный корпус.
- Размеры: 107*107*58,2 мм
- Ёмкая батарея на 1000 мА
- Время отклика: 1 секунда
- Диапазон измерения: 1 – 9999 ppm
- Точность: ± 70ppm
Один из самых маленьких комнатных устройств контроля содержания CO2, продаётся в магазине HTI под артикулом HT-401. На ЖК экране отображается только концентрация анализируемого газа, указание чистоты воздуха по индикатору «смайлик». Прибор может работать как от батарейки, так и от mini-USB, автоматически откалиброван
Характеристики анализатора следующие:
- Диапазон измерений углекислого газа: 1 – 9999 ppm
- Точность: ± 70ppm
- Габариты:74*71*27мм
- Вес: 51 г
- Время автономной работы: 3,5 часа
Самый дешевый газоанализатор концентрации CO2 продаётся в магазине HESSWAY IntelligentHome Store под артикулом KF-800F. На ЖК экране можно увидеть не только содержание газа, но и температуру помещения. Отличительной особенностью данного девайса является возможность управлять как самим вентилятором, так и его скоростями. В зависимости от концентраций и температуры ЖК экран может менять свой фон с зеленого на желтый или красный.
- Диапазон отображения температуры: 0 °C — 50 °C
- Срок службы: ≥ 10 лет
- Диапазон CO2 дисплея: 350ppm-3000ppm
- Время выхода на показания: ≤ 30 секунд
На али экспрессе возможно приобрести сенсор без вывода данных. Он пригодится при необходимости удалённого контроля за концентрацией углекислого газа, при необходимости вывода посредством wi-fi, либо проводной сети сразу нескольких показателей на общий пульт контроля, управления. Любителям программировать устройства на ардуино подойдет для опытов. В магазине FYD Open Source Hardware под артикулом MH-Z19 продаётся недорогой модуль.
- Способен измерять концентрацию CO2: 1 – 5000 ppm
- Точность: ± 50ppm
- Размеры: 30*20*9 мм
- Вес: 21 г
- Срок службы: 5 лет
- Рабочее напряжение 3,6 – 5,5 V, сила тока 18 мА
Адаптивная вентиляция для дома
Традиционная вентиляция всегда работает в одном и том же режиме, пока вы не измените его вручную. Такой вентиляции все равно, сколько людей в комнате и насколько интенсивно они дышат.
Показательный пример с вентиляцией в кинотеатре. Пятница, вечерний сеанс, премьерный показ ожидаемого блокбастера – набивается полный зал. Воскресенье, утро, ничем не примечательный фильм – в зале 10 человек. В обоих случаях традиционная вентиляция работает с одной и той же интенсивностью. И если во время пятничного аншлага есть смысл включать вентиляцию на полную мощность, то поддерживать тот же режим в воскресенье для 10 зрителей – это неоправданно высокие затраты.
Адаптивная вентиляция с датчиком СО2 в каждый момент времени подает ровно столько воздуха, сколько нужно. В зале мало зрителей – вентиляция перешла в экономичный режим или вообще выключилась, если уровень СО2 и так в пределах нормы. В зале 1 000 человек – вентиляция работает на самой высокой скорости.
В общем смысле адаптивная вентиляция – это та, которая регулируется по любому параметру воздуха. Это может быть температура, влажность или концентрация воздушных загрязнителей. Углекислый газ – один из них, и именно он является общепризнанным показателем для регуляции воздухообмена.
На вокзалах, в торговых и офисных центрах адаптивная вентиляция с датчиками углекислого газа по всему зданию сокращает траты на электроэнергию на 30-50 %. Правда, стоят такие сложные инженерные системы сотни тысяч рублей, так что в обычной квартире в них нет большого смысла.
Но есть адаптивная вентиляция и для обычных квартир. Стоит она как минимум в 10 раз меньше, а уменьшить траты на вентиляцию может на те же 30-50 %. В будущем эта система будет дополняться новыми датчиками, в том числе датчиками частиц РМ2.5 и летучих органических соединений, а также модулями для управления кондиционерами, увлажнителями и очистителями воздуха.
Зачем регулировать вентиляцию по датчику СО2
Вот пример того, как изменяется уровень СО2 в течение дня (измерения с помощью MagicAir):
В том же ГОСТе про допустимые и недопустимые уровни СО2 указана минимальная производительность вентиляции. Она равна 30 м3 /ч на одного человека, то есть каждый человек в комнате должен в час получать 30 кубометров свежего воздуха. Если в комнате находятся два человека, то в час им нужно минимум 60 м3 свежего воздуха. Тогда они будут дышать свежим воздухом с нормальным уровнем углекислого газа.
Но если в комнате нет людей, то незачем гонять вентиляцию на высоких оборотах в режиме 120 м3 /ч. В пустом помещении можно поддерживать свежесть воздуха и в более экономичном режиме. «Умная» вентиляция так и делает. Таким образом сокращаются траты на электроэнергию, и все элементы вентиляционной системы изнашиваются меньше.
После того, как люди придут в комнату, вентиляция включится именно в тот момент, когда датчик зафиксирует превышение допустимого уровня СО2. До этого времени нет нужды включать вентиляцию – людям хватит свежего воздуха, который успел накопиться в пустой комнате.
Кроме того, датчик покажет реальный уровень углекислого газа именно в зоне дыхания. Это даст стимул делать приточную вентиляцию более эффективной: направлять свежий воздух не абы куда, а туда, где находятся люди. Какой смысл проверять его концентрацию в углу комнаты, где вы даже не появляетесь?
Где поставить датчик СО2
Три главных ограничения по выбору места для датчика:
Как СО2 распределяется по комнате
Углекислый газ в 1,5 раза тяжелее воздуха, поэтому в стоячем воздухе он постепенно опускается к полу. А именно в нижней зоне помещения находятся люди. Получается, углекислый газ надо «отгонять» от людей.
У специалистов в области вентиляции есть такое понятие – эффективность воздухораспределения. Оно говорит о том, насколько быстро свежий приточный воздух доходит до зоны дыхания: к рабочему столу, к кровати, к промышленному станку – в общем, туда, где чаще всего находятся люди. При этом в идеале приточный воздух на пути к человеку не должен проходить через зоны с грязным воздухом, в котором уже накопился СО2 и другие вредные газы. Иначе он их захватит и принесет к нам в легкие.
Цель вентиляции – двигать комнатный воздух так, чтобы около людей, в зоне их дыхания, воздух был всегда свежим и чистым, а весь углекислый газ вместе с другими загрязнителями поднимался вверх и удалялся через вытяжку. Чем быстрее свежий воздух доходит из приточной вентиляции до человека, тем лучше работает эта вентиляция.
К примеру, если сесть около бризера прямо у его решетки, то свежий воздух дойдет до вас за секунду. А повесите бризер рядом с вентиляционным отверстием – и большая часть притока из прибора прямиком отправится в вытяжку, а вы почувствуете свежий воздух в лучшем случае через несколько минут.
Принцип действия
Принцип действия детектора CO2 основан на поглощении газом инфракрасных лучей. Анализируемый воздух, находясь в небольшой камере, подвергается облучению инфракрасным лучом. Сначала осуществляется замер интенсивности без оптического устройства. Затем луч, проходя через смесь газов и светофильтр, доходит до считывающего датчика. Датчик фиксирует показание интенсивности принятого луча диапазоном от 1 до 15 мкм. После определения двух значений, по разнице, прибор определяет концентрацию углекислоты в воздухе.
Данные газоанализаторы нечувствительны к кислороду, имеют хорошую избирательность и стабильность, быстрый отклик и надёжность.
На небезызвестном сайте Aliexpress можно найти и купить большое разнообразие бытовых, комнатных датчиков. Часто сам сенсор вставлен внутрь корпуса, напоминающий небольшие настольные часы, либо будильник, который совмещает несколько функций. Мы сделали небольшую подборку популярных анализаторов диоксида углерода от разных продавцов.
