Luftqualitätssensoren - Wie sie funktionieren

Abbildung 1: Luftqualitätssensor

Luftqualitätssensoren sind elektronische Geräte, die die Konzentration von Schadstoffen und Verunreinigungen in der Luft erkennen und quantifizieren. Diese Sensoren spielen eine entscheidende Rolle beim Schutz der menschlichen Gesundheit und des ökologischen Wohlbefindens sowohl in industriellen als auch in Wohnbereichen. Luftqualitätssensoren verwenden verschiedene Sensormechanismen, wie Elektrochemie, nichtdispersives Infrarot (NDIR) und Lichtstreuung, um eine Vielzahl von Luftschadstoffen zu messen. Zu den häufigen Zielen gehören:

Partikel (PM): PM1, PM2,5 und PM10-Fraktionen, die mikroskopisch kleine Partikel in der Luft sind und mit Atemwegsproblemen in Verbindung gebracht werden.
Gase: Kohlenmonoxid (CO), Kohlendioxid (CO2), Stickstoffdioxid (NO2), Ozon (O3), Schwefeldioxid (SO2) und flüchtige organische Verbindungen (VOCs), die alle bei erhöhten Konzentrationen schädliche Gesundheitseffekte haben können.

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HVAC-Luftqualitätssensoren

Bedeutung

Luftqualitätssensoren überwachen und liefern Daten über die Qualität der Luft in einer bestimmten Umgebung, was mehrere wichtige Implikationen hat:

Emissionskontrolle: Luftqualitätssensoren sind in industriellen/kommerziellen Umgebungen unerlässlich für die Überwachung von Emissionen aus Produktionsprozessen. Diese Echtzeitdaten vom Luftqualitätssensor ermöglichen Anpassungen zur Optimierung der Betriebsabläufe und zur Sicherstellung der Einhaltung von Umweltvorschriften.
Arbeitssicherheit: Die frühzeitige Erkennung von gefährlichen Gaslecks oder Spitzenwerten bei Schadstoffkonzentrationen schützt das Personal, indem umgehend Lüftungssysteme oder Notfallprotokolle aktiviert werden.
Indoor-Luftqualität (IAQ): Luftqualitätssensoren können in Häusern und Gebäuden eingesetzt werden, um Quellen der Innenraumluftverschmutzung zu identifizieren und anzugehen, wie z.B. Schimmel, Ausgasungen von Baumaterialien oder unzureichende Belüftung.
Gesundheitsmanagement: Für Personen mit Atemwegserkrankungen wie Asthma können Luftqualitätssensoren wertvolle Einblicke bieten, um die Exposition gegenüber Luftschadstoffen zu managen, die Symptome auslösen können.

Installation

Die Platzierung von Luftqualitätssensoren ist entscheidend für eine genaue und effektive Überwachung.

In industriellen Umgebungen werden Sensoren typischerweise an Emissionsquellen, wie Auspuffschächten, und in Bereichen, in denen Mitarbeiter wahrscheinlich Schadstoffen ausgesetzt sind, installiert.
Luftqualitätssensoren im Freien werden oft an verschiedenen strategischen Standorten in Städten und Gemeinden platziert, um die Umgebungsluftqualität zu überwachen. Diese Standorte können Verkehrskreuzungen, Industriegebiete, Wohnviertel und in der Nähe von Schulen oder Krankenhäusern umfassen.
Für den Einsatz im Wohnbereich werden Luftqualitätssensoren in der Regel in Wohnräumen, Schlafzimmern, Küchen und Kellern installiert. Es ist wichtig, Sensoren von direkten Schadstoffquellen (z.B. Herden, Schornsteinen) fernzuhalten, um verzerrte Messwerte zu vermeiden und sicherzustellen, dass sie die Gesamtqualität der Innenraumluft widerspiegeln.

Anwendungsbeispiele

Durch die Überwachung von Schadstoffparametern kann ein HVAC-System seinen Betrieb anpassen, um die Luftqualität innerhalb eines Raumes zu erhalten oder zu verbessern, beispielsweise durch Erhöhung der Belüftung, wenn hohe CO2-Werte erkannt werden, oder durch Anpassung der Luftfeuchtigkeit. Diese Integration erhöht den Komfort und die Gesundheit der Bewohner eines Gebäudes, indem sichergestellt wird, dass die Luft, die sie atmen, sauber und gut zirkuliert ist.

Ein Luftreiniger, der mit einem Luftqualitätssensor ausgestattet ist, überwacht aktiv die Schadstoff- und Partikelwerte in der Umgebung in Echtzeit. Basierend auf den vom Sensor gesammelten Daten passt der Reiniger seine Filtereinstellungen automatisch an, erhöht seine Intensität, wenn die Schadstoffwerte hoch sind, und spart Energie, wenn die Luft sauberer ist. Diese dynamische Anpassung stellt sicher, dass der Luftreiniger optimal arbeitet und Verunreinigungen wie Staub, Pollen, Rauch und flüchtige organische Verbindungen (VOCs) effizienter entfernt. Folglich verbessert diese Integration die Raumluftqualität erheblich, macht die Umgebung gesünder und komfortabler für die Bewohner.

Auswahlkriterien

Beachten Sie die folgenden Kriterien bei der Auswahl eines Luftqualitätssensors:

Erkannte Schadstofftypen: Stellen Sie sicher, dass der Sensor die spezifischen Schadstoffe messen kann, die von Interesse sind, wie Kohlendioxid, Temperatur, absolute Feuchtigkeit, Taupunkt und flüchtige organische Verbindungen (VOCs). Die Fähigkeit, mehrere Parameter mit einem einzigen Gerät zu überwachen, kann für eine umfassende Bewertung der Luftqualität vorteilhaft sein.
Kompatibilität mit Überwachungssystemen: Der Sensor sollte Ausgangssignale bieten, die mit bestehenden oder geplanten Überwachungssystemen kompatibel sind. Gängige Ausgangssignale umfassen 0-5V, 0-10V und 4-20mA. Die Wahl hängt von den Anforderungen des Steuerungssystems oder Datenloggers ab, an den der Sensor angeschlossen wird.
Physische Kompatibilität: Die physischen Abmessungen des Sensors, einschließlich Länge und Durchmesser, sollten für den vorgesehenen Installationsort geeignet sein, sei es in Kanälen, Rohren oder im Freien. Stellen Sie sicher, dass die Sensorgröße mit den Montageanforderungen und räumlichen Einschränkungen übereinstimmt.
Integration mit Gebäudemanagementsystemen (BMS): Für Sensoren, die in Umgebungen mit BMS verwendet werden, ist es wichtig, Sensoren auszuwählen, die relevante Kommunikationsprotokolle unterstützen, wie BACNET MSTP oder Modbus RTU. Dies gewährleistet eine nahtlose Integration und Datenaustausch mit dem BMS.
Messbereich und Genauigkeit: Der Sensor sollte einen CO2-Messbereich und eine Genauigkeit aufweisen, die den Anforderungen der Anwendung entsprechen. Berücksichtigen Sie die typischen Konzentrationsniveaus, die in der überwachten Umgebung erwartet werden, um sicherzustellen, dass der Sensor genaue und zuverlässige Messungen liefern kann.
Umweltschutz und Haltbarkeit: Wählen Sie Sensoren mit einem angemessenen Schutzgrad (z.B. IP65), um sicherzustellen, dass sie den Umgebungsbedingungen, in denen sie installiert werden, standhalten können. UV-Beständigkeit ist auch für Sensoren wichtig, die dem Sonnenlicht ausgesetzt sind.
Stromversorgungsanforderungen: Überprüfen Sie, ob die Nennspannung des Sensors mit der verfügbaren Stromversorgung, ob AC oder DC, übereinstimmt.
Technologie: Wählen Sie Sensoren, die zuverlässige und bewährte Technologie verwenden, wie NDIR (Nichtdispersives Infrarot) für die CO2-Messung, um langfristige Stabilität und Genauigkeit zu gewährleisten.
Installation und Montage: Berücksichtigen Sie, ob der Sensor für den vorgesehenen Montagetyp (z.B. Kanalmontage) geeignet ist und ob er mit dem notwendigen Gehäuse oder Montagezubehör geliefert wird.
Zusatzfunktionen: Luftqualitätssensoren mit Funktionen wie drahtloser Konnektivität oder einem integrierten Display sind möglicherweise nicht in allen Modellen verfügbar, könnten aber für bestimmte Anwendungen wichtig sein. Bewerten Sie den Bedarf an diesen Funktionen basierend auf der Einfachheit der Installation, den Überwachungsanforderungen und der Benutzerinteraktion.

Kalibrierung von Luftqualitätssensoren

Die Kalibrierung von Luftqualitätssensoren korrigiert Diskrepanzen zwischen den Messwerten eines Sensors und denen eines bekannten, hochgenauen Referenzmonitors. Dieser Prozess passt die Ausgabe des Sensors an die tatsächlichen Schadstoffkonzentrationen in der Umgebung an.

Zwei Hauptansätze werden verwendet:

Ko-Lokalisierung: Der Sensor und das Referenzinstrument werden für einen Zeitraum nebeneinander platziert und sammeln gleichzeitig Messungen. Statistische Modelle werden dann abgeleitet, um die Daten des Sensors mit den Referenzwerten zu korrelieren, was eine Korrektur der Messwerte des Sensors ermöglicht.
Vorkalibrierung: Hersteller können Sensoren in kontrollierten Umgebungen mit standardisierten Gasgemischen vorkalibrieren. Dies bietet ein grundlegendes Genauigkeitsniveau, kann jedoch Variationen in den realen Einsatzbedingungen nicht berücksichtigen.

Fortgeschrittene Luftqualitätssensoren mit einem Dual-Channel-Selbstkalibrierungsmechanismus gewährleisten eine genaue und zuverlässige CO2-Überwachung in verschiedenen Umgebungen, auch dort, wo traditionelle Kalibrierungsmethoden versagen. Im Gegensatz zur automatischen Hintergrundkalibrierung (ABC), die sich auf regelmäßige Exposition gegenüber frischer Luft mit bekannten CO2-Niveaus stützt, um die Sensorablesungen anzupassen, verwendet diese Selbstkalibrierung zwei unabhängige Kanäle, um Messungen automatisch zu korrigieren. Dies ist entscheidend in Umgebungen, in denen die Luft nicht regelmäßig auf ein Basis-CO2-Niveau zurückkehrt, was diese Sensoren anpassungsfähig und verlässlich in verschiedenen Gebäuden und Anwendungen macht, ohne dass eine manuelle Kalibrierung erforderlich ist.

Lesen Sie unseren Artikel über HVAC-Instrumente für weitere Informationen zu den verschiedenen Instrumenten, die zur Steuerung und Überwachung eines HVAC-Systems verwendet werden.