CO2-Messungen in HLK-Anwendungen

CO2-Messungen in HLK-Anwendungen
Lars Stormbom
MSc, Product manager
Mar 18, 2019
Industrielle Messungen

HLK-Anwendungen (Heizung, Lüftung und Klimatechnik) stellen für CO2-Sensoren in der Regel keine große Herausforderung dar. Die Sensoren müssen aber auch unter harmlosen Umgebungsbedingungen zuverlässig funktionieren, wartungsfreundlich sein und Messungen mit Langzeitstabilität bieten. In diesem Beitrag gehe ich darauf ein, warum CO2 überhaupt gemessen werden sollte und wie die bedarfsgeregelte Lüftung funktioniert. Danach sehen wir uns an, wie die Messung dazu beiträgt, das Wohlbefinden in einem Gebäude aufrechtzuerhalten und wie das die Betriebskosten beeinflusst. 

Warum wird CO2 in HLK-Anwendungen gemessen?

Der häufigste Grund für die Messung von CO2 ist die Einsparung von Energie. Der direkte Zusammenhang zwischen der Raumluftqualität und dem Wohlbefinden von Menschen wird aber immer deutlicher. Und das bedeutet, dass auch Messungen für die Aufrechterhaltung gesunder und produktiver Arbeitsumgebungen immer wichtiger werden. Ein weiterer Grund ist die Einhaltung von Vorschriften, insbesondere wenn Gebäudeeigentümer Zertifizierungen anstreben, für welche eine bedarfsgeregelte Lüftung und/oder CO2-Messung erforderlich ist. 

 

Wie funktioniert eine bedarfsgeregelte Lüftung?

Bedarfsgeregelte Lüftung

Die Grafik oben zeigt die Unterschiede zwischen regulär zeitgesteuerter und bedarfsgeregelter Lüftung. Die blauen Balken zeigen die Auslastung eines Raumes, zum Beispiel eines Büros, im Zeitraum eines Tages, während die orange Linie die regulär zeitgesteuerte Lüftung angibt. In diesem Fall wird die Lüftung zwischen 7 und 18 Uhr zeitgesteuert, um Energie zu sparen; nachts wird nicht gelüftet. 
Die graue Linie weist darauf hin, wie die bedarfsgeregelte Lüftung mit der CO2-Messung zusammenhängt. Sensoren messen die CO2-Konzentration in einem Raum und die Frischluftmenge wird so reguliert, dass die Konzentration auf dem angestrebten Wert bleibt. Die Menge an Frischluft oder der Zeitpunkt der Lüftung hängt von der Gebäudeauslastung ab. 


Regulatorische Überlegungen 

Einer der wichtigsten Standards in Bezug auf HLK-Anwendungen ist der Green Building-Standard ASHRAE 189.1, der strenge Anforderungen an CO2-Sensoren hinsichtlich der Messgenauigkeit stellt. Sensoren müssen demnach entweder die CO2-Konzentration im Außenbereich messen können oder die Konzentration muss basierend auf lokalen Statistiken geschätzt werden. In der Praxis entscheiden sich stattdessen viele für einen Außensensor.

Einer der am längsten bestehenden Standards ist der CEC-400-2008-001 der California Energy Commission. Er zählt zu den Effizienzstandards für Gebäude mit Wohn- und Gewerbenutzung.
Der Green Building-Standard LEED v.4 vergibt Punkte für CO2-Messungen. Für die CO2-Überwachung in ausgelasteten Räumen gibt es zwei Punkte. Es werden auch Anforderungen an die Messgenauigkeit, das Kalibrierungsintervall und die Wartung von Sensoren gestellt – etwas, das immer häufiger vorkommt und absolut sinnvoll ist. Wozu eine Messung ohne Wartung verlangen? 

Raumluftqualität ist ein aufkommendes Thema. Beispiel: Der WELL-Gebäudestandard des International WELL Building Institute basiert weitgehend auf den LEED- und ASHRAE-Standards. Gegenwärtig verlagert sich der Fokus von den technischen Anforderungen hin zum Wohlbefinden von Bewohner*innen und Gebäudebenutzer*innen. Die Weltgesundheitsorganisation hat 2010 einen Leitfaden zur Raumluftqualität veröffentlicht. Darin werden die Richtlinien für ausgewählte Schadstoffe und deren potenzielle Gesundheitsrisiken erläutert. 

Auswirkung der HLK-Messung auf die Betriebskosten von Gebäuden

Die Aufschlüsselung der Betriebskosten in einem typischen Bürogebäude könnte folgendermaßen aussehen:

Auswirkung der HLK-Messung auf die Betriebskosten von Gebäuden

Die Energiekosten machen etwa 1 % der Gesamtbetriebskosten eines Gebäudes aus, die Miet- oder Kapitalkosten betragen 9 % und die Gehälter der Mitarbeitenden 90 %. Das bedeutet, dass das Wohlbefinden und die Produktivität der Mitarbeitenden wahrscheinlich die wichtigsten Aspekte in Bezug auf die HLK-Messung sind. Wenn Sie Ihre HLK-Systeme nicht mithilfe von CO2-Messungen optimieren, könnte sich das durch eine geringere Produktivität der Mitarbeitenden drastisch auf die 90 % (Gehälter der Mitarbeitenden) auswirken.

Der Zusammenhang zwischen CO2-Gehalt und Produktivität der Mitarbeitenden

Die Forschung hat festgestellt, dass die CO2-Konzentration einen großen Einfluss auf die kognitive Leistungsfähigkeit des Menschen hat. In einer Harvard-Studie wurde untersucht, wie bestimmte Fähigkeiten durch unterschiedliche CO2-Konzentrationen beeinflusst wurden. Die Studie ergab Folgendes: Fähigkeiten wie Krisenbewältigung, Informationsnutzung und strategisches Denken wurden selbst bei einem Konzentrationswert von 1.000 ppm, der als gesunde Arbeitsumgebung betrachtet wird, erheblich beeinträchtigt. 

Erhöhte CO2-Werte können negative Auswirkungen haben, und zum Beispiel zu Lernschwierigkeiten und verringerter Produktivität bei Mitarbeitenden, schlechterer Entscheidungsfindung, Fehlern und sogar gefährlichen Situationen am Arbeitsplatz führen. Im Allgemeinen scheint sich die Forschung darin einig zu sein, dass eine gute Raumluftqualität zu einer erheblichen Steigerung der Produktivität der Mitarbeitenden beitragen kann.


Im nächsten Blog dieser Serie gehen wir näher auf die einzigartigen Vorteile der Vaisala CARBOCAP® Sensortechnologie ein.


Durchsuchen Sie unsere Auswahl aller HLK-Instrumente oder sehen Sie sie sich auf unserer HLK-Website an.

Comment

Andrey

Mar 26, 2019
Thank you for interesting post. Where can I find our the research that confirmed link between CO2 concentration and human cognitive performance?

Lars Stormbom

Apr 2, 2019
Thank you for your interest. One of the articles we have been referring to is “Associations of Cognitive Function Scores with Carbon Dioxide, Ventilation, and Volatile Organic Compound Exposures in Office Workers: A Controlled Exposure Study of Green and Conventional Office Environments”, Joseph G. Allen, Piers MacNaughton, Usha Satish, Suresh Santanam, Jose Vallarino, and John D. Spengler. (https://ehp.niehs.nih.gov/doi/10.1289/ehp.1510037)

Chris

Mar 26, 2019
Would be interested to know if there is probe type CARBOCAP CO2 sensor available to measure CO2 levels in the discharge air stream of an air handling unit. Also, does the higher air velocity adversely affect the accuracy? I guess this question also relates to placement in the return air stream, similar except air velocity is often less extreme.

Lars Stormbom

Apr 2, 2019
Yes, we have a couple of options for measurement in the duct. You want to have a look at GMP252, which is a probe type instrument (https://www.vaisala.com/sites/default/files/documents/GMP252-Datasheet-B211567EN.pdf). This is a heavy-duty product that can take high humidity levels. We also have a duct transmitter, the GMD20 that is intended for this type of measurement (https://www.vaisala.com/sites/default/files/documents/GMD20-Datasheet-B211432EN.pdf). High air speed doesn´t affect the measurement of CARBOCAP sensors.

Hans Nyman

Mar 26, 2019
Hej how is the relationship, increasing ppm CO2 versus oxygen level in the breathing air in a closed non ventilated compartment ?
//Hans

Lars Stormbom

Apr 2, 2019
Hi, If you are talking about really closed systems like diverse pressure chambers etc. that is a bit outside our expertise. In general, increasing CO2 levels become an issue much before oxygen levels actually decrease. The level of CO2 actually determines how much fresh air you need to introduce, not the oxygen concentration.

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