Koncentrace oxidu uhličitého ve vzduchu se stala vhodným indikátorem „vydýchanosti“ vzduchu ve vnitřních prostorách a zároveň též velmi dobře koresponduje s počtem lidí, kteří zde budou pobývat. Na základě spojitého měření koncentrací CO₂ ve vzduchu se poté nabízí možnost ventilace.

 

 

 

Složení vzduchu zemské atmosféry vyjádřené v procentech je zhruba následující: 78 % dusíku, 21 % kyslíku, 0,4 % vodních par a 0,04 % kysličníku uhličitého. Zbytek tvoří vzácné plyny a další složky. Oxid uhličitý je tedy její přirozenou plynnou součástí s koncentrací v přírodě okolo 0,04 % neboli 400 ppm, což je obvyklejší vyjádření jako počet molekul CO₂ v miliónu molekul. Vyšší koncentrace se ve venkovním prostředí vyskytují v okolí dopravních tepen s vysokým provozem, v okolí průmyslových zón, spaloven apod.

 

Procesem dýchání dochází ke změně vdechnutého kyslíku na oxid uhličitý, přičemž vydechnutý vzduch dospělého člověka obsahuje průměrně okolo 35 000 až 50 000 ppm CO₂ (cca 100x vyšší koncentrace než ve venkovním vzduchu). Bez odpovídající ventilace pak v uzavřených prostorách logicky dochází k jeho nárůstu. Hodnotu koncentrace oxidu uhličitého ve vzduchu lze tedy považovat za důležitý ukazatel kvality vzduchu v uzavřených prostorách.

 

 

Přestože je oxid uhličitý neviditelný a bez zápachu, je jeho zvýšená úroveň zřejmá, protože dochází k únavě a k poklesu schopnosti koncentrace. Zejména v prostorách s větším množstvím lidí, jako jsou například školy, kanceláře, divadla nebo zdravotnická zařízení, je negativní dopad zvýšené koncentrace CO₂ ve vzduchu velmi patrný.

 

Koncentrace CO₂ do 5 000 ppm pro lidské zdraví vážné nebezpečí nepředstavují. Při zvýšeném výskytu však podle výzkumů dochází k ospalosti, letargii, únavě a poklesu schopnosti koncentrace a také k nepříjemnému pocitu z vydýchaného vzduchu. Odborníci proto zkoumají spojitost mezi zvýšenou koncentrací CO₂ ve vzduchu a poklesem produktivity a výkonnosti. Doporučená koncentrace CO₂ ve vzduchu by měla být udržována na nebo spíše pod hodnotou 1 000 ppm.

 

Příklady koncentrace CO₂:

 

 

 

Zajímavé výsledky přineslo měření noční koncentrace oxidu uhličitého v ložnici zatepleného domu. Ložnice měla plochu 45 m² a byla v ní instalována nová plastová okna. Spali v ní dva dospělí a roční dítě. Čidlo zde naměřilo zvýšení koncentrace CO₂ na více než trojnásobek doporučované hodnoty, tj. přes 3 000 ppm oxidu uhličitého. Vydýchaný vzduch s touto koncentrací CO₂ již způsobuje malátnost a únavu a spánek v takovém prostředí nebude kvalitní.

 

 

Další noc pak probíhalo měření při stejném počtu lidí, ale s mikroventilací, kterou umožňují méně těsnící osazená okna. Maximální naměřené hodnoty CO₂ byly nižší (2 600 ppm) a od jedné hodiny ranní koncentrace silně klesala, až k ránu dosáhla doporučené úrovně.

 

 

Třetí měření následně proběhlo s vyklopeným oknem. Úroveň koncentrace oxidu uhličitého dosáhla v nejvyšším bodě pouze lehce nad 1 200 ppm a odpovídala ventilačnímu poměru okolo 23 m³ vzduchu za hodinu na jednu osobu, což vyhovuje obecně přijímanému požadavku na čerstvý vzduch v místnosti.

 

 

 

 

Docela vysoká byla též koncentrace CO₂, měřená na stánku společnosti Protronix po celou dobu trvání veletrhu Aquatherm. A není se ani čemu divit, když firma paradoxně a mimo jiné vyrábí právě čidla kvality vnitřního vzduchu. Vzhledem k tomu, že se jednalo o nejmodernější výstavní halu v Praze, mohli bychom právem očekávat, že větrání bude vyřešeno uspokojivěji. Ve středu 21. listopadu 2012, kdy byla návštěvnost nejvyšší, hodnoty přesáhly 1 700 ppm, což je při maximální doporučené hranici 1 000 ppm již alarmující hodnota.

 

Hodnoty CO₂ byly měřeny dataloggerem, který naměřená data v počítači vyhodnocuje formou grafů a tabulek, nicméně ke sledování a řízenému větrání by stačily i zcela základní produkty měřící CO₂.

 

 

 

Nejčastěji jsou pro zajištění větrání využívány ventilační systémy, které přivádějí do interiérů venkovní vzduch a zajišťují odtah vnitřního vydýchaného vzduchu s vysokou vlhkostí, zápachy nebo též výpary. Většina takových systémů ale pracuje na základě časového řízení, to znamená, že ventilace bude nastavena na určitý konstantní výkon. Jedná se tedy o větrání s výměnou daného množství kubických metrů vzduchu za hodinu, nezávisle na aktuálním počtu lidí. V některých případech se pak větrá nedostatečně, a naopak jindy se ventiluje, i když to není vůbec potřeba. Z energetického a ekonomického hlediska jde tedy o velmi nešetrné řešení.

 

Z důvodů energetických úspor mohou ventilační systémy využívat i tzv. recirkulaci, při které se značná část vnitřního vzduchu mísí s venkovním a ten se pak ohřívá nebo též ochlazuje, pochopitelně s neblahým dopadem na kvalitu vnitřního vzduchu.

 

Jak jsme již ale zmínili, současné technologie dovolují snadno, relativně levně a rovněž trvale měřit koncentraci CO₂ ve vzduchu a na základě takto získaných hodnot řídit ventilační systémy tak, aby byla zajištěna dobrá kvalita vzduchu a současně byla minimalizována jejich energetická náročnost. Ventilační systémy mohou využívat naměřené hodnoty koncentrace CO₂ pro spojité řízení svého výkonu a udržovat tak vnitřní koncentraci CO₂ na nebo pod požadovanou maximální hodnotou. Užitečné budou zejména pro prostory s proměnným počtem lidí, kterým se pak výkon ventilace pružně přizpůsobí.

 

 

 

Tato čidla pracují na principu měření útlumu infračerveného záření (o specifické vlnové délce) ve vzduchu. Skládají se ze zdroje infračerveného záření, světlovodné trubice a infračerveného detektoru s příslušným filtrem. Signál z infračerveného detektoru se dále zesiluje a pak se pomocí další elektroniky vyhodnocuje útlum záření a na tomto základě se vypočítá aktuální koncentrace CO₂ ve vzduchu.

 

 

Čidla NDIR jsou obecně přesnější, dlouhodobě stabilnější, měří koncentraci již od nulové hodnoty a zvládají též vysoké koncentrace CO₂. Jejich nevýhodou je však o něco vyšší cena.

 

 

 

Tato čidla obvykle sestávají z elektrochemického článku s tuhým elektrolytem, který bude přídavným žhavením vyhříván na pracovní teplotu. Na jeho elektrodách poté dochází k chemickým reakcím podobným jako v palivovém článku, kdy se spotřebovává kyslík a na elektrodách článku vzniká elektromotorická síla. Jejím měřením se pak zjišťuje koncentrace CO₂ ve vzduchu.

 

Hlavní předností těchto čidel je vysoká citlivost a vynikající selektivita na oxid uhličitý. Jsou obvykle levnější než čidla NDIR, ovšem s poněkud nižší životností a přesností, stále však dostatečnou pro použití ve ventilační technice.

 

 

Čidla pracující na elektrochemickém principu využijeme až od cca 400 ppm, což vzhledem ke koncentraci ve venkovním vzduchu, která je okolo 360 – 400 ppm, vůbec nevadí. Senzory mají zpravidla vestavěnou autokalibrační funkci, která zajišťuje automatickou periodickou rekalibraci čidla na čerstvý vzduch. Vedle eliminace stárnutí čidla tak bude zajištěna též dlouhodobá stabilita parametrů.

 

 

Elektroakustická čidla pracují na principu vyhodnocování změn kmitočtu ultrazvuku v mechanickém rezonátoru. Pomocí elektroniky se vyhodnocuje změna kmitočtu ultrazvukových vln, a na základě závislosti změny kmitočtu na koncentraci CO₂ ve vzduchu se určuje aktuální koncentrace.

 

 

Hlavní předností těchto čidel je dlouhodobá stabilita bez nutnosti rekalibrace. Čidla všech typů mají obvykle spojitý napěťový výstup (0 – 10 V) nebo proudový výstup (0 – 20 / 4 – 20 mA), pomocí kterého předávají nadřazenému ventilačnímu systému informace o hodnotě koncentrace CO₂ ve vzduchu.

 

 

Společnost Protronix, která svým měřením doložila běžný výskyt zvýšených koncentrací oxidu uhličitého v ložnici a poté i jako odborný vystavovatel na veletrhu, vyrábí např. kombinované čidlo CO₂ a relativní vlhkosti (RH). Prostorové čidlo se dvěma samostatnými analogovými výstupy a přepínacím kontaktem relé sleduje kvalitu vzduchu v interiéru budov a následně řídí výkon ventilačních systémů HVAC dle aktuální úrovně znečištění. Zkratovací propojkou lze nastavit reakci relé buď na CO₂ nebo též RH a otočným přepínačem k tomu jednoduše nadefinovat úroveň kvality vzduchu, při které prvek sepne.

 

 

Měření CO₂ využívá závislosti útlumu infračerveného záření na koncentraci CO₂ ve vzduchu (NDIR), zatímco vestavěná autokalibrační funkce zajistí odpovídající dlouhodobou stabilitu. Měření relativní vlhkosti pracuje na principu kapacitního polymerního snímače.

 

 

 

Navzdory všem výhodám však musíme zdůraznit, že čidla CO₂, která měří zejména obsah oxidu uhličitého ve vzduchu, nedetekují běžné znečištění vzduchu. V místech kde se očekává výskyt dalších zdrojů znečištění bude proto vhodné použít senzory, reagující na různé plyny znečišťující vzduch. Řídit ventilaci jen na základě hodnot koncentrace CO₂ v těchto případech nestačí.

 

V porovnání s ventilačními systémy řízenými pouze na základě času mohou ventilační prvky řízené pomocí čidla kvality vzduchu naštěstí splnit zdánlivě protichůdné požadavky na minimální spotřebu energie a současně udržet dobrou kvalitu vnitřního vzduchu.

 

 

Podrobnější informace k samotné detekci, např. doporučení pro umístění čidel kvality vzduchu, včetně ucelené nabídky vyvíjených produktů naleznete na stránkách společnosti Protronix (www.protronix.cz), ze kterých bylo při přípravě tohoto článku čerpáno. Ve dnech 18. - 21. 3. 2014 se firma zároveň účastní prestižního veletrhu Amper (www.amper.cz). Na brněnském Výstavišti ji naleznete v hale V, číslo stánku 2.08.