Sterowanie automatyczne (29)

Poziom stężenia CO2 wskaźnikiem jakości powietrza

\\ missed drop char \\ Niekorzystnie na samopoczucie wpływa zawartość tlenu w powietrzu poniżej 16 proc., co w praktyce nigdy nie występuje. Granica, od której przekroczenia ilość dwutlenku węgla zaczyna być szkodliwa, wynosi 3 proc., groźne dla zdrowia objawy występują przy zawartości w powietrzu 10 - 11 proc. CO2. W zatłoczonych i źle wentylowanych pomieszczeniach ilość dwutlenku węgla dochodzi do 0,3 proc.
 Podstawowym kryterium decydującym o naszym samopoczuciu jest sposób oddawania ciepła do otoczenia, zależny od takich parametrów powietrza, jak temperatura, wilgotność względna oraz prędkość ruchu powietrza.
 Dalszymi czynnikami wpływającymi na jakość powietrza są różnego rodzaju zanieczyszczenia; zapachy wydzielane przez ludzi, działanie mikroorganizmów w rodzaju bakterii, pleśni i roztoczy, pył pochodzenia organicznego i mineralnego oraz dodatnia jonizacja. Różnorodność tych czynników jest olbrzymia, toteż pomierzenie ich stężenia i ustalenie granicznych, dopuszczalnych wartości, nie jest możliwe. Prowadząc długoletnie badania, szczególnie w USA, ustalono istnienie proporcjonalnej zależności pomiędzy stężeniem CO2 a innymi zanieczyszczeniami powietrza.
 Oczywiście dotyczy to pomieszczeń, w których przebywają ludzie, a nie są stosowane jakieś technologie produkcyjne. W tych przypadkach obowiązują specjalne kryteria dostosowane do sytuacji. Dla obiektów użyteczności publicznej, określając zawartość dwutlenku węgla w powietrzu, możemy w dostatecznym dla praktyki technicznej przybliżeniu stwierdzić, jaki jest jego stan.

Jakie stężenia?

 Ponieważ w krajach zachodnich, a szczególnie w USA, sposób sterowania instalacją wentylacyjną i ustalanie niezbędnej ilości powietrza wentylacyjnego na osobę w oparciu o kontrolę stężenia dwutlenku węgla staje się coraz bardziej popularny i prognozuje się szybki rozwój tej metody, kilka zdań o dopuszczalnych stężeniach CO2, na podstawie danych amerykańskich.
 Maksymalne, dopuszczalne stężenie w miejscu pracy, trwającej 8 godzin, wynosi według standardu OSHE (Occupational Health and Safety Act - USA) 10 000 ppm (1 proc.). Jednakże znacznie poniżej tej granicy odczuwa się zmęczenie i depresję. Dlatego w innych krajach, maksymalne dopuszczalne wskaźniki wahają się od 1500 ppm (Finlandia) do 1000 ppm (Szwecja, Japonia). Taka też wartość jest zalecana przez standard ASHRAE - USA (American Society Heating Refrigerating and Air Conditioning Engineers), natomiast nowa norma wg OSHE ma wynosić 800 ppm.
 Krajowe przepisy dotyczące najwyższych dopuszczalnych stężeń czynników szkodliwych dla zdrowia w środowisku pracy podają wartość 27 g/m3, tj. około 15 000 ppm, a więc bardzo dużo. Dla utrzymania w wentylowanym pomieszczeniu poziomu CO2 poniżej granicy 1000 ppm (0,1 proc.), przy przeciętnym stężeniu w powietrzu zewnętrznym 300 ppm, niezbędna ilość powietrza wentylacyjnego wynosi 25,2 m sześc./h na osobę.
 W pomieszczeniach użyteczności publicznej ilość wytwarzanego dwutlenku węgla pochodzi głównie od ludzi (w powietrzu przez nas wydychanym stężenie CO2 wynosi około 3,8 proc.) Mierząc poziom stężenia CO2 i według tego wskaźnika sterując ilością powietrza, zapewniamy właściwą wentylację, odpowiadającą liczbie osób aktualnie przebywających w wentylowanym pomieszczeniu, jednocześnie oszczędzamy energię, nie dopuszczając do zawyżonej wydajności systemu wentylacyjnego.

Mierniki stężenia dwutlenku węgla

 Aby upowszechnić system sterowania wentylacją w oparciu o poziom stężenia dwutlenku węgla, należało skonstruować tani, dokładny i łatwy w użyciu miernik. Jako pierwszej udało się to amerykańskiej firmie Telaire System Inc. w 1991 roku, przez skonstruowanie sensora Telaire 2001 V. W budowie sensora Telaire wykorzystano zasadę pochłaniania wiązki promieniowania podczerwonego przez cząsteczki gazów. Strumień podczerwieni kierowany jest ze źródła do komory pomiarowej, do której przez dyfuzyjne filtry molekularne dociera powietrze. Z komory pomiarowej wiązka promieniowania przechodzi przez selektywny filtr przepuszczający światło o długości fali emitowanej przez CO2 i zbierana jest w detektorze, skąd przedostaje się do specjalistycznego mikroprocesora zmieniającego sygnał z detektora na informacje o stężeniu CO2, przekazywaną na wyświetlacz i wyjścia analogowe i cyfrowe. Inną metodą pomiaru, wykorzystywaną w konstrukcji mierników stężenia dwutlenku węgla, jest użycie sensora reagującego na ultradźwięki wytwarzane przez drobiny gazu pod wpływem promieniowania świetlnego. Istnieje jeszcze trzeci sposób, w którym wykorzystuje się czujniki elektrochemiczne. Urządzenia zbudowane na tej zasadzie mają krótszą trwałość niż opisane pierwsze dwa rozwiązania, i nie nadają się do pracy ciągłej.
 Oprócz mierników przenośnych, jak np. Ventostat 2001V, firma Telaire produkuje stacje monitoringu CO2, o nazwie Air Tech 2500 M. Stacja oprócz miernika posiada rejestrator danych Recordaire, współpracujący poprzez wbudowany interfejs z komputerami klasy PC. Można tym urządzeniem pomierzyć stężenie CO2 w wielu pomieszczeniach i uzyskać wyniki pozwalające na ocenę stanu wentylacji.
 Kolejny i już ostatni odcinek z cyklu o automatycznym sterowaniu rozpoczniemy od informacji o krajowych urządzeniach do sterowania wentylacją w zależności od poziomu CO2.
  Zbigniew SzpiL