機(jī)電那點事——聊聊CO2傳感器控制新風(fēng)技術(shù)

其實這也不是什么特殊的玩意兒，更談不上什么新技術(shù)，現(xiàn)在其實在各大酒店和重要場所都在運用這個技術(shù)。在我國《公共建筑節(jié)能設(shè)計規(guī)范》（GB 50189-2015）第4.3.13項里也明確規(guī)定“在人員密度相對較大且變化較大的房間，宜根據(jù)室內(nèi)CO₂濃度檢測值進(jìn)行新風(fēng)需求控制，排風(fēng)量也宜適應(yīng)新風(fēng)的變化以保持房間的正壓”。但長期以來，這個技術(shù)運用的區(qū)域和房間的確很少，且隨著一些新技術(shù)的出現(xiàn)，這個控制方式也逐漸在作出新的演化。之所以今天要重提這個技術(shù)，一來是因為個人覺得這個成熟的技術(shù)的確有些地方可以值得探討，二來也是應(yīng)部分同事的需求。

現(xiàn)在做項目比較雜，有些同事會把一些氣體的濃度探測和這個技術(shù)混淆，尤其是會把CO和CO₂兩個混淆。這個千萬不可以，兩者根本就是兩個概念。CO₂的濃度探測主要就是用在新風(fēng)系統(tǒng)的新風(fēng)量控制以改善室內(nèi)空氣質(zhì)量，同時達(dá)到節(jié)能的目的。

咱們先簡單了解下CO₂，二氧化碳是 五毒的，但它不能提供人體呼吸。這是一種令人窒息的氣體。因為人呼入的是O₂，吐出的是CO₂，也就是說CO₂對人體而言就是廢氣。如果房間里有很多人，并且空氣沒有循環(huán)，則空氣中的氧含量會相對減少，并且會產(chǎn)生大量的CO₂。CO₂在空氣中的含量越高，對人體的影響就越大，CO₂當(dāng)含量高出0.7％時，人體就會感到不舒服，當(dāng)超過10％時，人體就會出現(xiàn)昏迷和死亡。因此在人群比較密集的地方，CO₂含量是一個非常重要的參數(shù)，直接關(guān)系到人體舒適度和安全。

二氧化碳含量所產(chǎn)生的影響

正好，利用上述特性，通過對房間內(nèi)的CO₂監(jiān)測去控制調(diào)節(jié)送入房間的新風(fēng)量大小，既可以確保房間內(nèi)的空氣品質(zhì)，滿足人體的舒適度，又不會造成房間新風(fēng)的過量，達(dá)到整體節(jié)能的目的。所以CO₂傳感器在樓宇通風(fēng)控制中，被廣泛應(yīng)用于機(jī)場、辦公大樓、購物中心、訓(xùn)練中心、醫(yī)院、工廠車間、地鐵、電影院、酒店的宴會廳等人群聚集娛樂和活動的高級場所。

這種控制方法的是利用設(shè)置在回風(fēng)管中的CO₂傳感器來測量CO₂的濃度，并通過A/D 轉(zhuǎn)換，并把二氧化碳的濃度型號轉(zhuǎn)換為電信號或數(shù)字信號送入控制器的計算機(jī)中，計算機(jī)根據(jù)預(yù)存的程序把這一信號與CO₂的濃度設(shè)定值進(jìn)行比較，并對產(chǎn)生的偏差信號進(jìn)行PI或PID計算，送出控制信號，再經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換，作用于新風(fēng)和回風(fēng)電動風(fēng)閥，在調(diào)節(jié)新風(fēng)量的同時調(diào)節(jié)回風(fēng)量，從而使送風(fēng)量的變化不影響新風(fēng)量的調(diào)節(jié)。這種控制不再局限于很小的新風(fēng)量，而是基于CO₂濃度為控制目標(biāo)的新風(fēng)量隨動控制系統(tǒng)，理論上和實踐中都證明了這種新風(fēng)量控制在節(jié)能方面的明顯優(yōu)勢。如果考慮到室內(nèi)空氣品質(zhì)的完全控制，在成本允許的條件下，這種控制方案也可以增加 TVOC傳感器作為系統(tǒng)的發(fā)信器，只需調(diào)整控制程序即可。圖1就是這種控制的原理方框圖。

有部分環(huán)境的空間，是需要房間始終保持溫濕度環(huán)境下工作，按以往的常規(guī)設(shè)計，新風(fēng)量是按照一個固定的設(shè)計值進(jìn)行設(shè)計，除非房間內(nèi)的工作使用人員是固定的，否則如此的新風(fēng)量設(shè)計往往在長時間是偏高的，這樣的話勢必能源在白白的浪費。所以此時如果將CO₂濃度的監(jiān)測引入到房間內(nèi)來更合理的控制新風(fēng)量，就可以做到事半功倍的節(jié)能。圖2是此類控制的相關(guān)時序圖。

市場上目前所采用的CO₂濃度傳感器的類別和品牌相當(dāng)多，主流市場普遍認(rèn)為紅外線傳感器的準(zhǔn)確率相對較高，當(dāng)然價格也是貴不少。還有就是合資品牌和國產(chǎn)品牌在壽命上的區(qū)別，好的品牌壽命可以長達(dá)15年，差的就不說了。

隨著技術(shù)的發(fā)展和需求的增長，CO₂傳感器空調(diào)新風(fēng)量控制方法也在不斷的升級和改進(jìn)。一類是除了CO₂傳感器外，研制更多種類、更完整的VOC傳感器，但因為VDC種類太多后對同時控制算法增加了難度，也更復(fù)雜，這就會導(dǎo)致控制系統(tǒng)工程中的精度、成本等都難以控制，工作可靠性也下降。另一種是我個人目前非?？春玫内厔?，隨著人工AI技術(shù)的發(fā)展，傳感器聯(lián)同人移動的探測器，并結(jié)合大數(shù)據(jù)，不但對房間內(nèi)CO₂濃度作出反饋，同時也對房間內(nèi)的實際人數(shù)作出準(zhǔn)確判定。讓原本純被動的探測變?yōu)橹鲃咏Y(jié)合被動的方式，這樣可以更及時更早更準(zhǔn)確的去調(diào)節(jié)新風(fēng)閥門，房間也可以變?yōu)楦?jié)能更智能化。

在此還要提的事，現(xiàn)在此技術(shù)在一些普通家庭的裝潢改造時也被用于住宅家庭小中央空調(diào)的新排風(fēng)系統(tǒng)中。結(jié)合其他傳感器，如CO傳感器、PM2.5傳感器等的聯(lián)用，在家你既可以實時監(jiān)測并通過智能家居設(shè)備看到房間內(nèi)的CO₂指數(shù)和空氣品質(zhì)，同時也能自動控制家庭的空調(diào)通風(fēng)設(shè)備進(jìn)行必要的空氣交換，保持房間內(nèi)的空氣流通。甚至結(jié)合智能家居的其他設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)手段等可以讓你遠(yuǎn)程監(jiān)控屋居內(nèi)的空氣品質(zhì)。期望隨著技術(shù)的推廣和發(fā)展，每家每戶都可以成為節(jié)能環(huán)保舒適的家庭。