Датчики углекислого газа co2 для дома: правила установки своими руками

Производители и модели датчиков СО2

SenseAir

На сегодняшний день самым известным производителем датчиков углекислого газа является шведская компания SenseAir. Мировой лидер в отрасли разработки и производства не только газовых анализаторов, но и оборудования для систем “Умный дом”(датчиков движения, автоматических розеток, GSM охранных сигнализаций).

Углекислые датчики компании SenseAir, работающие по методу недисперсионной ИК-спектрометрии, в отличие от своих аналогов, имеют более высокие эксплуатационные характеристики.

Они могут использоваться как в помещении, так и на открытом воздухе, и решать одновременно несколько задач (измерять концентрацию СО2, температуру и влажность воздуха).

При необходимости устройства подключаются к компьютеру, обеспечивающему длительную бесперебойную работу и быстрый отклик в широком диапазоне.

AZ Instrument Corp

Следующий известный производитель анализаторов углекислого газа – компания AZ Instrument Corp (Тайвань).

Все модели датчиков углекислоты компании AZ Instrument Corp оснащаются гигрометром и термометром, позволяющими одновременно с концентрацией СО2 измерять температуру и влажность воздуха, и, при необходимости, компенсировать температурную зависимость.

S+S Regeltechnik

И еще один производитель инфракрасных датчиков – немецкая компания S+S Regeltechnik – производитель контрольно-измерительного, вентиляционного и климатического оборудования (датчиков воды, дыма, тепла, розеток с термостатом и т.д).

Самокалибрующиеся энергосберегеющие углекислые датчики компании S+S Regeltechnik являются очень надежными, чувствительными устройствами, не нуждающимися в техническом обслуживании.

Обладая высокой избирательностью и устойчивостью к помехам и вибрации, они используются для мониторинга качества воздуха в закрытых помещениях.

Проблемы

При проникновении воды в корпус датчика он может выйти из строя. Следует отметить, что подобное повреждение не покрывается гарантией. Однако, в связи с тем, что корпус устройства достаточно герметичен, чаще всего намокают только окончания проводов.

Это может повлечь за собой коррозию или ослабление крепления клеммных соединений. Для решения подобной проблемы необходимо обеспечить долгосрочную коррозионную защиту и заблокировать неиспользуемые порты.

Такая неисправность, как сбой нуля датчика, устраняется повторной калибровкой, которая должна проводиться в соответствии с прилагаемой инструкцией.

Если на дисплее не отражаются показатели, это может сигнализировать об избытке солнечного света или отсутствии отклика трансмиттера. В первом случае, для уменьшения отблеска, необходимо установить защитный щиток, а во втором – проверить подачу напряжения на клеммы, а также убедиться, что нет сбоя в ITM, и на кабеле отсутствует влага, приводящая к коррозии его металлических частей.

Расчет вентиляционной системы по углекислому газу

Для расчета необходимо владеть информацией об уровне исследуемого газа за окном, человеческом потоке в исследуемых помещениях, какой физической активностью заняты люди, пребывающие в данных помещениях, какая концентрация углекислоты необходима.

С целью компенсации выделения CO2 каждым человеком рассчитывается воздухообмен по формуле L=(G×550)/(X₂-X₁). Сделаем необходимые пояснения:

• L — воздухообмен, м3/ч;
• X₁ — уровень углекислого газа в приточном воздухе, ppm;
• X₂ — ПДК CO2 в воздухе комнаты, ppm;
• G — объем углекислоты, выделяемой каждым человеком, л/час;
• 550 – коэффициент, использующийся для преобразования величин X₁ и X₂ в г/м3из ppm.

Выделение углекислоты каждым человеком составляет в среднем 23 л/ч, при этом в большем объеме выделения отмечаются при тяжелой физической работе (до 63 л/ч), легкой работе (до 36 л/ч) и ходьбе (до 33 л/ч). Наименьший объем данного газа выделяется во время сна (12 л/ч), сидячей и офисной работы (15-18 л/ч).

Концентрация этого газа в сельской местности составляет 332 ppm. Города загазованы больше. Так, в небольших городах с численностью населения до 300 тыс. человек эта величина составляет 409 ppm, а в городах с большей численностью — 511 ppm.

Детектор углекислого газа от компании «Мастер Кит»

Этот прибор по заверению производителя способен определять концентрацию CO2 в диапазоне от 0 до 3000 ppm с точностью при измерении от 0 до 2000 ppm в районе 10 % (при больших значениях точность не указана).

Эксплуатироваться прибор должен при температуре +25 °С. При несовпадении температуры необходимо вносить соответствующие поправки. Применение прибора не может осуществляться при t, превышающей +50 °С, и если она ниже 0 °С. Данный параметр измеряется с помощью рассматриваемого детектора. Температура может выражаться как в градусах Цельсия, так и в градусах Фаренгейта.

У прибора есть светодиодные индикаторы, показывающие уровень загазованности углекислотой: зеленый при концентрации до 800 ppm, желтый — от 800 до 1200 ppm, красный — при уровне более 1200 ppm. Эта информация нанесена на коробку с прибором.

Страна изготовления — Китай. Прибор комплектуется USB-кабелем и инструкцией, которая приведена на русском языке. Кабель необходим для обеспечения питания прибора. Эксплуатация данного прибора предполагает использование «родного» USB-кабеля, поскольку не каждый сюда подойдет.

Продолжительность жизни сенсора — 5-10 лет.

Калибровку нужно осуществлять каждые три года. Для этого, а также для построения графиков по данным, полученным с помощью детектора, используется специальная программа, доступная для ОС Windows, а также в виде исходных кодов — для семейства ОС GNU/Linux (графики), созданная независимым программистом и не поддерживаемая компанией.

В качестве сенсора выступает не химический, а NDIR-сенсор, относящийся к современным устройствам.

Предназначен датчик CO2 для дома. Это обусловлено тем, что у него невысокая точность 100 ppm.

Достоинства и недостатки

Среди производителей оптических детекторов углекислого газа одним из самых известных считается шведская компания SenseAir. Доведя технологию гаджетов до совершенства, она сделала их максимально точными, стабильными и надежными.

Современные датчики SenseAir, работающие по методу NDIR (недисперсионной ИК-спектрометрии), в сравнении с моделями других производителей, показывают не только уровень СО2 в ppm, но и точное оценочное состояние углекислого газа, время, дату, температуру и влажность воздуха.

Также немаловажным фактором является современный дизайн, компактность и малогабаритный вес изделия, позволяющий его использовать поочередно в нескольких помещениях, тем самым обеспечивая более точный контроль.

Практически все без исключения модели датчиков углекислого газа считаются достойной альтернативой каталитическим девайсам. Они обладают высокой чувствительностью, хорошими стабилизационными характеристиками и большим сроком эксплуатации, неприхотливы в обслуживании, не требуют сложных манипуляций в настройках, и всегда позволяют сориентироваться, стоит ли дать доступ свежему воздуху для создания более здорового микроклимата.

Недостатки:

• Газоанализаторы, работающие на основе электрохимического метода, менее долговечны и менее чувствительны, чем приборы недисперсионной инфракрасной спектрометрии. Поэтому при определении концентрации СО2 они используются гораздо реже.
• Датчики углекислого газа достаточно чувствительны к действию пыли и влаги.

Вентиляция нескольких помещений одним датчиком

Для этого могут использоваться приточно-вытяжные датчики ZENIT и ZENIT HECO, а также бытовое оборудование I-VENT и CAPSULE.

На приточном канале в каждом помещении устанавливается пропорциональный клапан. При наличии вытяжки в каждом помещении там также располагается подобный клапан. Для каждого вытяжного канала или даже для помещения устанавливается свой sensor CO2, на котором монтируется VAV-система изготовителем.

При попадании человека в охваченные помещения датчик фиксирует увеличение концентрации углекислоты. Пропорциональный клапан имеет электропривод, на основании чего осуществляется регулировка воздухообмена.

В этом случае качество воздуха в помещении поддерживается на самом высоком уровне. Концентрация CO2 в воздухе находится в оптимальных значениях.

По мере входа-выхода людей в помещения с воздухообменом, контролируемым датчиками, он возрастает или уменьшается до оптимальных значений.

Можно применять и один датчик вместо нескольких в вытяжном канале, однако один прибор фиксирует суммарную концентрацию на все комнаты с единым вытяжным вентилятором. Воздухообмен будет регулироваться одинаково, что не всегда оправдано.

Регулирование подачи воздуха

От того, насколько эффективно производятся измерения датчиком углекислоты, зависит эффективность работы вытяжного вентилятора. В то время, когда в помещении находится много людей, система вентиляции должна работать на пределе своих возможностей. По мере уменьшения числа людей в комнате подача воздуха должна постепенно снижаться, вплоть до полной остановки подачи воздуха. Это может достигаться с помощью последовательных циклов включения и отключения нескольких вентиляторов или возможного применения вентиляторов, имеющих двухскоростной электропривод, а также при динамичном снижении или повышении числа оборотов электроприводов вентиляторов при частотном регулировании. Последний способ является наиболее предпочтительным.

Рассмотрим некоторые датчики уровня концентрации углекислого газа российского производства, а также иностранные.

Устройство газоанализатора диоксида углерода

Недисперсионные устройства оснащаются светофильтрами либо приемниками, принцип работы которых схож с первыми. Также в данном устройстве присутствует рабочая камера, из которой воздух перетекает в следующий приемник.

Источником излучения может быть инфракрасный лазер, светодиод, нагретая спираль.

В инфракрасных датчиках применяются селективные приемники, элементы полупроводников, болометры и термобатареи. В селективном приемнике используется немонохроматическое излучение, в остальных случаях датчики имеют в своем составе фильтры интерференционные или газовые. В некоторых моделях используется сборный фильтр, состоящий из двух, один из которых пропускает ИК-полосу заданного диапазона, а другой — не пропускает.

Рассогласование сигналов осуществляется с помощью использования вычислительного устройства и сборного детектора, расположенных сзади фильтра.

Те датчики, которые предназначены для работы на открытой местности, производятся из поликарбоната РС. Для работы внутри помещений используются приборы из акрилонитрил-бутадиен-стирола, поскольку у них пониженная ударопрочность и более низкий температурный диапазон.

Датчики диоксида углерода способны избирательно поглощать молекулу СО2. Дисперсионные датчики используют одноволновое излучение, получаемое монохроматографом.

Принцип работы

Датчик реагирует на наличие примесей и других нежелательных элементов в воздухе, таких как углекислый газ. За счёт этого вычисляется степень загрязнённости воздуха в помещении. Зачастую их можно видеть в местах с большим скоплением людей, но ничто не препятствует установить анализатор в квартирах и домах.

Чем выше соотношение вредных химических элементов к кислороду, тем более загрязнён воздух. Детекторы можно использовать не только ради определения качества, но и в совокупности с умным домом. Некоторые системы позволяют интегрировать в систему вентиляции анализаторы воздуха, чтобы очищать комнату при определённой степени загрязнения.

Помимо обнаружения газообразных веществ, в измерении чистоты учитываются твёрдые и жидкие элементы, а также их смеси

Это очень важно, т.к. большинство из вредных примесей настолько малы, что могут без труда проникнуть в кровеносную систему через лёгкие

Замеры и тесты

Офис

Первые майские выходные длились с субботы по понедельник включительно. Эти три дня офис был необитаемый, окна плотно закрыты.
Придя во вторник, я увидел 610 ppm, 23,0 °C, 31%
В помещении начинает трудиться 1 человек.
Спустя 30 минут: 715 ppm 24,6 °C 35%
Спустя еще 1 час: 1050 ppm 25,3 °C 38%

Выводы:

• В помещении с закрытыми окнами концентрация CO2 не опускает до фонового уровня (около 400 ppm) даже за 3 дня. Значит герметичность вполне хорошая, свежему воздуху поступать особо неоткуда.
• Хоть значение в 610 ppm хоть и не фоновое, но вполне допустимое и благоприятное. Однако оно перестаёт быть таковым уже через 1,5 часа
  Офис после ночи.
  Продолжаем эксперименты. Оставляем форточку на микропроветривании.

Такой щёлки вполне достаточно

Чудеса — утром прибор показывает уровень углекислого газа 405 ppm. Ровно такой же уровень нас ждал если бы офис не имел окон вовсе.

В машине

Измерение качества воздуха в машине

Жалко, что зима прошла и печку в машине включать больше не нужно. А хотелось проверить уровень относительной влажности. Лично у меня — в этот период страшно сохнут глаза, очень неприятно ездить с печкой. Без отопления холодно. Поэтому стараюсь направлять потоки воздуха в любую сторону кроме себя.

Симптомы повышенной концентрации углекислого газа — утомление и сонливость — плохие друзья водителя. Было решено проверить как с этим дела в моей машине.

Замерял три ситуации.

1. Кондиционер в режиме охлаждения
2. Тот же режим, но с кнопкой «рециркуляция»
3. Приоткрытые щёлки в окнах (окна закрыты дефлекторами)

В режиме кондиционера воздух в салон поступает извне и охлаждается. Проблем с концентрацией углекислого газа нет, однако показатели держатся около верхней «зеленой» планки — 710-800 ppm.

Режимом рециркуляция обычно пользуются, чтобы быстрее прогреть\охладить салон или избежать неприятного запаха дымящего грузовика. Я нажимаю кнопку, и концентрация CO2 очень быстро поднимается до 840-910 ppm и уже медленнее ползёт вверх. Понятно, без особых причин не стоит долго ездить в таком режиме.

Когда воздух свежее: кондиционер или открытые окна? С точки зрения углекислого газа тут всё однозначно. Окна открытое на пару сантиметров спереди и сзади в мгновение устанавливают концентрацию углекислого газа в 610 ppm. При этом я не устраивал очень сильный сквозняк — на окнах стоят дефлекторы (это такие козырьки). Но не стоит забывать, что при использовании вентиляции воздух проходит через фильтры, которые задерживают пыль и копоть.

Как по мне — вполне достаточно свежего воздуха в режиме кондиционера.

Впечатления

Как человек технического склада ума — люблю знать конкретные величины и не основываться на субъективных ощущениях. Раньше я контролировал только уровень влажности. Теперь точно могу знать о «свежести» воздуха.

Монитор качества воздуха от Даджет со всеми своими функциями справляется хорошо. Измеряет, предупреждает. Приведу ниже некоторые плюсы и минусы («хотелки»)

Плюсы

• помимо СО2 измеряет влажность и температуру
• крупные цифры на дисплее
• возможность звукового оповещения, если значение выходит за норму (и возможность это отключить)

Минусы

• нет возможности синхронизации с ПК
• подсветка дисплея не отключается

Для читателей блога действует скидка 10% на покупку монитора качества воздуха в течение 14 дней по промокоду GT-MKV.

Особенности

Датчики углекислого газа используются для оценки эффективности существующей вентиляционной системы. Как правило, они размещаются в обслуживаемой зоне на высоте до 2 метров, чтобы удобно было считывать показания, и не далее чем в 1 метре от зоны скопления людей. Также приборы могут располагаться в вытяжном сборном воздуховоде – так, чтобы через них проходило достаточное количество воздуха. Корпус во время установки должен быть тщательно заизолирован.

Контроллеры количества СО2 отличаются такими эксплуатационными особенностями:

• Нормальная работа обеспечивается при влажности до 90-95%, то есть образование конденсата на поверхности следует исключить;
• Сенсоры чувствительны к пыли и ударам. Соответственно, место их установки выбирают таким образом, чтобы свести эти негативные факторы к минимуму;
• Если прибор монтируется на открытой площадке, где возможно попадание ветра и осадков, то его дополнительно закрывают щитком;
• В процессе использования проводится регулярное техническое обслуживание, во время которого проверяют работоспособность частей и снимают скопившийся заряд статического электричества;
• Корпуса изготавливаются герметичными, поэтому попадание воды внутрь прибора затруднено. Однако нельзя допускать эксплуатацию во влажных помещениях, где происходит выпадение конденсата, поскольку это приводит к коррозии проводов и ослаблению клемм;
• Возникающие в процессе работы сбои устраняются повторными калибровками. Основные неисправности могут быть связаны с перегревом из-за попадания прямого солнечного света и намоканием токоведущих частей (и, как следствие, их коррозии).

Компания «Измеркон» предлагает функциональные и компактные датчики СО2 в Санкт-Петербурге и с доставкой по России. Здесь можно подобрать модели, подходящие для систем автоматического контроля климата в заданиях, для теплиц, инкубаторов, для производственных цехов и автомобилей. Такие измерители, предназначенные для контроля качества воздуха, поставляются с аналоговыми выходами и с жидкокристаллическим дисплеем для удобного считывания информации.

Критерии выбора

Детекторы качества воздуха делятся по следующим видам:

• Электрохимические – работают за счёт твёрдого электролита. Ячейки с этим элементом нагреваются, происходит химическая реакция, притягивающая кислород. Из-за этого начинает вырабатываться движущая сила. Чем она выше, тем чище воздух, т.к. если содержание углекислого газа слишком высоко, то оно будет затруднять притягивание кислорода.
• Электроакустические – работают благодаря резонатору. Это устройство вырабатывает ультразвук, из частоты которого высчитывается степень загрязнённости. Углекислый газ и другие химические элементы затрудняют движения звуковых волн, поэтому чем частота ниже, тем хуже качество воздуха.
• Инфракрасные (NDIR) – их работу обеспечивает инфракрасное излучение. Анализируя его, датчик вычисляет степень загрязнённости. Плотность нежелательных примесей ослабляет ИК-лучи. За счёт этих данных вычисляется качество воздуха.

Преимущества электрохимических моделей:

• Высокая чувствительность. Анализатор засекает концентрацию нежелательных веществ в воздухе если она чуть выше той, что на улице на свежем воздухе.
• Автоматическая калибровка. Новые модели оснащены технологиями, которые будут обеспечивать стабильную работу устройства без неточностей и перебоев, при этом без человеческого вмешательства.

Если сравнивать их с ИК-датчиками, то можно выделить следующие недостатки:

• Средняя чувствительность и диапазон работы инфракрасных моделей выше.
• Более короткий срок эксплуатации.

Преимуществом электроакустических устройств является долгосрочность. Им не нужны специальные системы автокалибровки для стабильной работы. Однако, они всё равно прослужат меньше, чем ИК-модели, а их стоимость выше, чем у электрохимических.

Лучшими принято считать инфракрасные детекторы. Они покрывают большую площадь, чувствительны даже к минимальным загрязнениям. Они способны наиболее точно определить концентрацию углекислого газа в воздухе. Также ИК-детекторы отличаются своей долговечностью. Главный их недостаток – высокая стоимость.

По способу монтажа анализаторы качества воздуха делятся на три типа:

• Настенные – как можно догадаться по названию, устанавливаются на стену помещения. Некоторые модели предоставляют возможность скрытой установки за обшивкой.
• Канальные – монтируются в воздуховоды и управляют системой вентиляции. Их часто устанавливают в офисах, торговых центрах, школах и других крупных зданиях с большим количеством людей. Брать такие для использования дома бессмысленно.
• Скрытые – устанавливаются в стену, чтобы как можно меньше выделяться из общего интерьера.
• Настольные – не монтируются, их можно расположить на любой удобной поверхности. На данный момент это самый распространённый вариант детектора.

Существуют и портативные анализаторы. Однако они не так точны, как стационарные, и не способны выдавать детальную информацию о примесях в воздухе. Они требуют постоянной калибровки, а в некоторых моделях нужно указывать температуру и влажность в помещении.

Газообмен в клетках

В закрытых непроветриваемых комнатах в воздухе ощущается недостаток кислорода и избыток углекислоты. При этом человек начинает в большом объеме потреблять остатки кислорода, все более насыщая воздух углекислым газом. Диффузионная способность последнего превышает таковую у кислорода в 25-30 раз, что и обусловливает повышенную чувствительность человека к его избытку.

Нормальный газообмен в организме человека протекает лишь при оптимальном значении парциального давления углекислоты в крови.

Изменение данного значения в любую сторону способствует тому, что транспортировка кислорода к клеткам ухудшается. При задержке дыхания перенос углекислоты не прекращается; глубокий вдох после этого обусловлен возрастанием величины парциального давления CO2.

Таким образом, нахождение человека в течение длительного промежутка времени в помещении с высокой концентрацией углекислого газа, способствует возникновению негативных последствий. Поэтому всегда делался акцент на том, что помещение необходимо проветривать для вентиляции. Датчик CO2 позволяет осуществлять контроль воздухообмена.

Предназначение датчиков углекислого газа

Такие приборы необходимы, чтобы измерять концентрацию углекислого газа и контролировать его граничные значения для своевременного запуска вентиляции. Они обеспечивают контроль в пределах 0-100%. Используются такие датчики для:

• климатических систем и автоматической вентиляции;
• контроля микроклимата в помещениях, где работают люди, и на производстве, где нарушения технологических процессов недопустимы;
• контроля содержания углекислоты во входящем воздушном потоке;
• для проверки текущего уровня и быстрой нормализации нарушенного газообмена.

Игнорировать повышенный уровень СО2 в помещениях нельзя. Когда углекислота накапливается, уровень работоспособности людей падает, а их общее самочувствие ухудшается. Датчики способны своевременно сигнализировать о нарушении микроклимата, а значит, можно запустить вентиляцию или проветрить комнату, чтобы оперативно исправить ситуацию и не допустить дальнейшего ее усугубления.