Czujniki CO2 - sterowanie wentylacją w zależności od potrzeb sukcesem finansowym

W dobie gwałtownego rozwoju elektroniki pojawiły się szeroko dostępne czujniki do pomiaru parametrów powietrza w systemach wentylacji, w tym przetworniki do pomiaru stężenia CO2. Dwutlenek węgla, jako produkt metabolizmu organizmów ludzi przebywających w zamkniętych pomieszczeniach musi być sukcesywnie usuwany.

W tradycyjnych systemach wentylacji i klimatyzacji wiązało się to ze stałą ilością dopuszczanego do budynku świeżego powietrza z jednoczesnym wyrzucaniem na zewnątrz takiej samej ilości powietrza „zużytego". Aby ograniczyć straty tym spowodowane podejmuje się różnego rodzaju działania polegające na odzysku energii poprzez rekuperację, stosowanie pomp ciepła itp. Jednak nie wszystko udaje się odzyskać i znacząca część energii tracona jest bezpowrotnie.
Pojawienie się czujników CO2 pozwala na zrealizowanie w praktyce systemu kontrolowanej wentylacji DCV (z ang. Demand-Controlled Ventilation), koncepcja taka określana jest mianem „wentylacji na żądanie".

Zgodnie z wytycznymi organizacji ASHRAE (Amerykańskie Stowarzyszenie Inżynierów Ogrzewnictwa Wentylacji i Klimatyzacji, z ang. American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers) w celu zapewnienia odpowiedniej jakości powietrza w budynkach, zaleca się utrzymywanie wydajności wentylacji w zależności od powierzchni podłogi według przelicznika ujętego w amerykańskiej normie 62-2001, w której minimalna wartość wymian powietrza na godzinę ACH (z ang. Air Charges per Hour) powinna wynosić 0,35, ale też nie mniej, niż 15 CFM/osobę (z ang. Cubic Feet per Minute ) w przeliczeniu 7,1 l/s/osobę . Stosowanie się do wskazanego standardu zapewnia, że różnica poziomu CO2 na zewnątrz i wewnątrz pomieszczenia nie może wzrosnąć powyżej 700ppm. Wartość ta jest bezpośrednio związana z "efektem rozproszenia", który pojawia się, gdy do pomieszczenia wtłaczane jest powietrze zewnętrzne o poziomie dwutlenku węgla 400 ppm, w ilości 7 l/s/osobę. Ze względu na fakt, że CO2 , podobnie jak wszystkie gazy, szybko dyfunduje w powietrzu zewnętrznym, czasowe zmiany w koncentracji w danym miejscu z reguły nie przekraczają 50 ppm i mają na ogół charakter przejściowy.

Ile energii można zaoszczędzić kontrolując stężenie CO2 w pomieszczeniach?

Systemy DCV (kontrolowanej wentylacji w budynkach), oparte o czujniki stężenia dwutlenku węgla (CO2), pozwalają na znaczną redukcję zużycia energii związanej z przygotowaniem i wymianą powietrza w pomieszczeniach. Ciągła kontrola stężenia CO2, emitowanego przez osoby przebywające w pomieszczeniach, pozwala zmniejszyć liczbę wymian powietrza w tych budynkach, a więc ograniczyć koszty związane z jego ogrzewaniem lub schładzaniem (rys. 1).
(rys. 1)

co2-pomiar-jpg

 John J. Lauria wykazał, że system kontrolowanej wentylacji z czujnikami CO2 jest w stanie zaoszczędzić 20%-30% kosztów energii dla pomieszczeń biurowych, 30%-60% w barach lub restauracjach oraz 10%-50% w szkołach lub salach konferencyjnych, w porównaniu do takich samych pomieszczeń z systemem HVAC bez kontroli CO2 (zob. Getting more for less, John J. Lauria, 1998). Podsumowując, w zależności od liczby osób przebywających w pomieszczeniach, czynności przez nie wykonywanych oraz powierzchni pomieszczeń, czujniki stężenia dwutlenku węgla (CO2), wspomagające system HVAC, mogą przyczynić się do oszczędności energii do 40%, a w niektórych przypadkach nawet do 60%
(rys. 2).

rys2-jpg

Za pomocą symulatora o nazwie AirTest , zasymulowano model biura, które znajduje się w Europie. Wyniki symulacji ujęto w Tabeli 1 wykazując potencjał oszczędności energii oparty o system regulacji DCV, wykorzystujący czujniki CO2 , oraz oszacowano zwrot kosztów jakiego należy spodziewać się w przypadku niejednorodnego obłożenia przestrzeni o lokalnie bardzo wysokiej gęstości gromadzenia się osób.

Tabela 1

tabela-jpg

 Z praktyki powszechnie wiadomo, że idealnym rozwiązaniem byłoby doprowadzenia do stanu całkowitej recyrkulacji atmosfery wewnątrz budynku. Powinno to stanowić wyzwanie i impuls do tworzenia nowych rozwiązań i konstrukcji urządzeń wentylacyjnych.

Na podstawie materiałów udostępnionych przez firmę Rotronic AG Szwajcaria tytuł oryginału: „Energy Saving by using NDIR CO2 gas sensor".