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为何要测量暖通空调应用中的 CO2?

暖通空调应用中的 CO2 测量
Senior Product Manager
Lars Stormbom
Senior Product Manager
Published: Mar 18, 2019
建筑物和室内空气质量
工业测量
创新与灵感

测量暖通空调应用中的 CO₂

通常来说,在暖通空调 (HVAC) 区域使用 CO₂ 传感器并非难事。尽管此类区域在绝大多数情况下具备优良的环境条件,但传感器仍须可靠、易于维护并具备长期测量稳定性。在介绍测量如何有助于维护建筑内人群的健康以及如何影响运营成本之前,我将在本博客文章中详述 CO₂ 测量需求产生的根本原因,以及按需求控制通风 (DCV) 的工作原理。

为何要测量暖通空调应用中的 CO₂?

尽管测量 CO₂ 最常见的原因是节能,但越来越多的证据表明,室内空气质量 (IAQ) 与人类健康存在直接联系,这意味着 CO₂ 测量对维持高效健康的工作环境来说也十分重要。另外一项原因是法规合规性,特别是在建筑所有者希望得到某些认证(要求使用 DCV 和/或 CO₂ 测量)的情况下。 

DCV按需求控制通风系统的工作原理

Graph about how demand-controlled ventilation works

上方图示说明了定时控制通风与 DCV 之间的区别。蓝色条表示空间(如办公室)在一天中的使用率,橙色线表示定时控制通风的工作原理。在本例中,通风时间控制在早上 7 点至下午 6 点,夜晚不通风,以节省能源。灰色线展示了 DCV 与 CO₂ 测量的协同工作原理。用户通过传感器测量房间内的 CO₂ 浓度,并控制新鲜空气的进入量,从而将 CO₂ 浓度维持在理想水平。新鲜空气的进入量或通风随建筑使用率而波动。


与暖通空调应用内的 CO₂ 传感器有关的法规注意事项

与暖通空调应用相关的最重要标准之一是 ASHRAE 189.1 绿色建筑标准,该标准针对 CO₂ 传感器的准确度设定了严格要求,并要求传感器能够测量或根据当地数据预估室外 CO₂ 的浓度。这意味着在实际应用中,很多人会转而选择室外传感器。

加利福尼亚能源委员会 CEC-400-2008-001 标准(住宅与非住宅能耗标准)是最早发布的能源法规之一。CO₂ 测量是 LEED v.4 绿色建筑标准的一项考量因素,如果用户在使用的空间内监控 CO₂ 级别,则可以获得两分。 如今还出现了与准确度、校准间隔和传感器维护相关的要求,这些要求越来越常见且意义非凡。为什么即使不需要维护也要进行测量? 

室内空气质量 (IAQ) 是一个新兴话题。例如,国际 WELL 建筑研究院以 LEED 和 ASHRAE 标准为主要依据制定了 WELL 建筑标准。当下,标准重点正由技术要求转向建筑使用者的健康。2010 年,世界卫生组织发布了一项室内空气质量指南,其中包括针对部分污染物的指南,并讨论了它们可能会造成的健康威胁。 

暖通空调测量对建筑运营成本的影响

一般性办公建筑的运营成本细目如下:

Breakdown of typical office operational costs

能源成本占建筑总运营成本的 1%,租赁和资本成本占 9%,员工薪金占 90%。这意味着员工健康和工作效率可能是与暖通空调相关的最重要因素。不借助 CO₂ 测量对暖通空调系统进行优化可能会降低员工工作效率,进而影响占比巨大的 90% 的成本。

CO₂ 浓度水平与员工工作效率之间的联系

研究表明,CO₂ 浓度对人类认知表现有很大影响。哈佛大学的研究小组进行了一项研究,观察不同浓度的 CO₂ 对具体技能的影响。研究发现,即使是 1000 ppm 的浓度水平(被视为不影响正常工作的安全浓度水平)也会严重损害危机应对、信息使用和战略性思维等技能。

CO₂ 浓度水平升高会对员工学习产生不良影响、降低工作效率、影响决策、造成错误甚至导致危险。总体来看,该研究似乎支持良好的室内空气质量可以显著提升员工工作效率的这一观点。

在下一篇博客文章中,我们将了解维萨拉 CARBOCAP® 传感器技术在暖通空调应用中的独特优势。

浏览所有暖通空调仪器产品或访问暖通空调网站进行查看。 

收听主题为轻松维护暖通空调 CO2 传感器的在线研讨会。 

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.

Kopernikas Green

Apr 28, 2021
Great article! Thank you for interesting post. Where can I find our the research that confirmed the link between Co2 concentration and human cognitive performance? Thanks again.

Lars Stormbom

Apr 29, 2021
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)

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