使用室内空气质量传感器监测 CO2 浓度

可以通过测量 CO2 水平,控制空气质量。这样既能节约能源,又能保持健康的室内环境。

二氧化碳传感器

我们生活的大部分时间都是在房间、教室、办公室、商店等室内度过的。室内的人越多,CO2 就越多。通风不充分会使空气质量变差,不仅对人来说是危险的,还会影响到他的工作效率和决策表现。因此,室内的“空气质量”、“通风”很重要。

话虽如此,通风过度的话,空调的能耗就会过度,电费也会随之增加。在通风上花费的费用和受不良空气质量影响的健康水平之间找到最佳平衡是很重要的。作为空气质量的基准,需要测量室内环境的 CO2 浓度,使空调的通风系统运作最佳化。

不通风的话,我们会怎么样 ?

世界各国都制定了室内空气质量的指导方针,也确定了 CO2 浓度的标准。

例如,日本厚生劳动省的建筑物环境卫生管理标准中有规定,建筑物的 CO2 浓度应保持在 1000ppm 或以下。超过这个浓度,人就会感到不舒服。如果浓度更高,就会导致血氧浓度降低,引起嗜睡、头痛、倦怠感,对人体产生各种各样的影响。另外,也会降低工作和学习的效率。睡眠也会受到影响。

实际上,如下所述的各种各样的文献都阐述了 CO2 对人体的影响。

如果室内二氧化碳浓度在 500~800ppm,那么低浓度的二氧化碳对人体是无害的。然而,随着浓度的上升,人会发困,影响我们的认知能力,比如,会造成学习表现和决策能力的下降。超过 80,000 ppm,人就会失去知觉,最终导致死亡。

換気しないと私たちはどうなってしまうのか?

关于决策能力的文献

了解到 CO2 浓度在 1500ppm~3000ppm 范围内对人的能力和健康的影响。

#1 1500ppm~:决策能力测量测试的得分下降

#2 2500ppm~:考试合格率降低

#3 2500ppm~:决策能力测量测试的得分下降

#4 3000ppm~:与自主神经的平衡相关的心率周期波动的特定频率成分发生变化

 

(#1 哈佛公共卫生学院 2016年1月)

(#2 哈佛公共卫生学院 2018年1月)

(#3 纽约州立大学 2012年12月)

(#4 布达佩斯工科州立大学 2012年3月)

CO2 浓度和表现的关系 CO2 浓度和表现的关系

关于 CO2 浓度和睡意/睡眠关系的文献

了解到 CO2 浓度达到 2500ppm 或以上时,会增加困倦;而达到 1500ppm 或以上时,则人的睡眠质量会下降。

#1 1500ppm~:主观睡眠效率降低

#2 1700ppm~:主观睡眠质量下降

#3 2500ppm~:主观睡意增加

#4 2700ppm~: 表示睡意进展状态的脑电波增加

#5 3500ppm~: 主观睡意增加 * 在汽车实际行驶中验证

 

(#1 早稻田大学 2018年9月)

(#2 丹麦工科大学 2014年10月)

(#3 坦佩雷工科大学 2016年1月)

(#4 南安普顿大学 2018年11月)

(#5 台北医科大学 2020年1月)

兼顾空气质量与节能

办公室内空气质量和节能 办公室内空气质量和节能

建筑物内的CO2发生源主要是在室内人的呼吸。CO浓度通常在 400 ( 无人房间的 CO2 浓度 ) 到 2,500 ppm 之间。CO2 浓度随着人的增加而增加。

首先,“开窗”是很重要的一件事,但是,还是要建议安装通风控制系统。使用 CO2 传感器测量 CO2 浓度,向通风装置或可变/固定风量装置 (VAV: Variable Air Volume system) 发送信号,通过控制各个风扇、风门、阀门等来控制房间所需的通风水平。

当然,空气并不是完全由 CO2 组成的,但是,房间通风会减少病毒和细菌的数量,因此从结果上看,也会提高室内的空气质量。

在要求住宅高气密性和高隔热的先进国家正在推进住宅的节能化,美国和欧洲制定了有关 ZEH (Net Zero Energy House) 的法规和目标。因此,对新建住宅有严格的隔热义务标准。美国的政策目标是到 2020 年将新建住宅 ZEH 化,而欧盟也在为到 2020 年底实施新建住宅和新建建筑物的 ZEH 化,在各加盟国家完善法律制度。高气密性和高隔热性的住宅是密封的,具有良好的保温性能,因此,可以有效地使用制热/制冷设备,并且可以在保持舒适的室内环境的同时降低能耗。

但是,气密性越高通风也就越差,室内空气容易受到污染,空气质量也会随之下降。如果不通风的话,室内的 CO2 浓度便会上升;漂浮的化学物质和螨虫容易产生发霉现象,室内的环境也会越来越差。随着ZEH化的推进,进行适当通风的必要性正在日益增加。

在通风的基础上,暖气/冷气的需求也会因季节而发生变化,办公楼、教室、电影院等商业大厦的来访人数,也会因日期而有很大的差异。以最大人数为前提进行通风的话,房间里没人的时候会浪费能量。通过正确使用 CO2 传感器,可以根据每个房间的情况来估计所需空气量,并控制通风。

AKM 在实际的餐饮店和家庭中进行了实证实验,证实了本公司的 CO2 传感器对空气质量的掌控和改善是有效的。

什么是通风耗能 ?

参加国际能源机构 (IEA : International Energy Agency) 的“建筑物·区域系统的节能计划”的 13 个国家,将所有建筑物通风引起的初级耗能量,估计为相当于各国初级耗能总量的 9%。

美国住宅的通风每年估计使用 3 个Exa Joules (EJ : 焦耳的 10 的 18 次方 ) 的能量,大约占这些建筑物总能耗的 30%。在美国,服务业 ( 商业设施、机构、政府机构等建筑)的通风能耗估计为 1.5EJ,约占其服务业建筑总能耗的四分之一。此外,美国住宅部门每年因通风产生的二氧化碳排放量约为 1,000 吨,而服务部门产生的量则为 8 亿吨。

调节通风温度所需的能量在很大程度上受到气候的影响。在欧洲,这种能源大部分用于加热通风空气。而美国的制热和制冷都使用了相当多的能源。在潮湿的迈阿密地区,86% 的能源被用于去除通风空气中的水分。

为了保护地球环境,需要考虑如何减少这些能源,并采取行动。

How much energy does ventilation use?

应该把传感器放在房间的什么地方呢 ? 

Where should sensors be placed in rooms?

在测量 CO2 浓度方面,传感器安装的位置也取决于其空间的大小。如果是在餐厅、客厅等较大的区域,安装在通风系统的地方,检测排放空气中的 CO2 浓度的话,就比较合情合理。因为如果在单侧墙壁上安装传感器,则很有可能误认另一侧墙壁的 CO2 水平。对于一般面积的房间来说,在墙上安装传感器就足够了。

另外,CO2 和温度的分布也有差异。整个房间的温度都是均匀的。另一方面,CO2 浓度在房间的一角可能是 3,000 ppm,在另一角则可能是 600ppm。这个情况需要认识清楚。

使用空气净化器时也要注意 CO2 浓度

对于关闭所有窗户和门的房间来说,即使用空气净化器除去污染物,CO2 浓度也可能会上升到危险的水平。诚信的空气净化器生产企业已经公布了这一事实。为了达到最佳的空气质量,建议将空气净化器与 CO2 传感器一起使用。

Be careful regarding CO2 concentration when using air purifiers, as well.

用于室内空气质量测量的 CO2 传感器事例

Examples of CO2 sensors used to measure indoor air quality

如今正为抑制新冠病毒等感染症的传播而采取各项对策,“通风”成为重要的关键词。为了精确测量室内 CO2 浓度,各制造商都推出了 CO2 传感器设备。其中,就为大家介绍一下搭载了本公司传感器的产品。

采用案例 SAF Tehnika

关于 Senseair

于 2018 年成为旭化成微电子 (AKM) 集团一员的 Senseair,是引领世界的非色散红外 (NDIR) 式气体传感器的供应商,一直致力于开发生产运用最新技术的气体传感器。