Pracujete ve zdravém prostředí?

Principy fungování klasické ventilace

Mnoho ventilačních systémů pracuje na základě časového řízení, to znamená, že je ventilace nastavena na určitý konstantní výkon. Jedná se o větrání s výměnou daného množství kubických metrů vzduchu na jednoho člověka za hodinu, nezávisle na aktuálním počtu lidí ve ventilovaném prostoru. Jednoduše řečeno - v některých případech se větrá nedostatečně, a naopak jindy se ventiluje, i když to není vůbec potřeba. Z energetického a ekonomického hlediska jde o velmi neúsporné řešení. “Ventilační systémy využívají z důvodů energetických úspor tzv. recirkulaci, kdy značná část vnitřního vzduchu se mísí s venkovním a ten se pak dohřívá nebo ochlazuje. Výsledkem je nedostatečná kvalita vnitřního vzduchu,” vysvětluje Miloš Žáček, ředitel společnosti Protronix, která vyrábí čidla kvality vzduchu a čidla CO₂.

Proč měřit koncentraci oxidu uhličitého (CO₂)

Koncetrace CO₂ ve vzduchu je vhodným indikátorem vydýchanosti vzduchu ve vnitřních prostorách a velmi dobře koresponduje s počtem lidí pobývajících v těchto uzavřených prostorách. Nabízí se tedy možnost ventilace na základě spojitého měření koncentrace oxidu uhličitého ve vzduchu.

Složení vzduchu zemské atmosféry vyjádřené v procentech je zhruba následující: 78 % dusíku, 21 % kyslíku, 0.4 % vodních par, 0.04 % kysličníku uhličitého, zbytek tvoří vzácné plyny a další složky. Oxid uhličitý je tedy přirozenou plynnou součástí zemské atmosféry. Koncentrace CO₂ v přírodě je okolo 0.04 % neboli 400 ppm (což se obvyklejší vyjádření jako počet objemových jednotek CO₂ v miliónu objemových jednotek vzduchu; ppm - zkratka z angličtiny parts-per- million). Vyší koncentrace CO₂ ve venkovním prostředí se vyskytují v okolí dopravních tepen s vysokým provozem, v okolí průmyslových zón, spaloven apod.

Procesem dýchání dochází ke změně vdechnutého kyslíku na oxid uhličitý, 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 logicky dochází v uzavřených prostorách k nárůstu koncentrace CO₂. Hodnota koncentrace oxidu uhličitého ve vzduchu je tedy možné považovat za důležitý ukazatel kvality vzduchu v uzavřených prostorách,” dodává Miloš Žáček z Protronixu.

Kolik CO₂ je už příliš?

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 na příklad školy, kanceláře, divadla, zdravotnická zařízení, je negativní dopad zvýšené koncentrace CO₂ ve vzduchu velmi patrný.

Koncentrace CO₂ do 5000 ppm nepředstavují vážné nebezpečí pro lidské zdraví. Ovšem podle výzkumů dochází při zvýšené koncentraci CO₂ k ospalosti, letargii, únavě a poklesu schopnosti koncentrace a k nepříjemnému pocitu vydýchaného vzduchu. Některé výzkumy 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 1000 ppm.

Příklady koncentrace CO₂:

360-400 ppm	- čerstvý vzduch v přírodě
800-1000 ppm	- doporučená úroveň CO2 ve vnitřních prostorách
> 1000 ppm	- nastávají příznaky únavy a snižování koncentrace
5000 ppm	- maximální bezpečná koncentrace bez zdravotních rizik
35 000-50 000 ppm	- vydechovaný vzduch dospělého člověka

Jak tedy ventilovat?

Současné technologie dovolují snadno a relativně levně trvale měřit koncentraci CO₂ ve vzduchu a na základě získaných hodnot pak řídit ventilační systémy tak, aby byla zajištěna dobrá kvalita vzduchu a současně byla minimalizována energetická náročnost. Ventilační systémy tedy mohou využívat naměřené hodnoty koncentrace CO₂ pro spojité řízení svého výkonu a tak udržovat vnitřní koncentraci CO₂ na nebo pod požadovanou maximální hodnotou. “Takovéto systémy jsou obzvlášť užitečné pro prostory s proměnným počtem lidí. Výkon ventilace se pak průběžně mění v závislosti na počtu lidí, kteří se nacházejí ve větraném prostoru,” osvětluje ekonomičnost čidel Miloš Žáček.
Na základě měření koncentrace CO₂ ve vzduchu pak mohou moderní ventilační systémy zajišťovat optimální kvalitu vzduchu v odvětrávaných prostorách nezávisle na počtu přítomných lidí.

Jak měřit koncentraci CO₂?

Pro měření koncentrace CO₂ ve vzduchu se využívá několik principů. Nejrozšířenější jsou čidla pracující na základě infračervené absorpční metody (tzv. metoda NDIR – zkratka z angličtiny - Non-Dispersive InfraRed) a dále čidla pracující na elektrochemickém principu. Každý princip má své výhody a nevýhody.

Čidla NDIR jsou obecně přesnější, dlouhodoběji stabilnější, měří koncentraci již od nulové hodnoty, ale jejich nevýhodou je vyšší cena. Elektrochemická čidla jsou naopak levnější a s poněkud nižší přesností, ale stále více než dostatečnou pro použití ve ventilační technice. Čidla pracující na elektrochemickém principu pracují až od cca 400 ppm, což vzhledem ke koncentraci ve venkovním vzduchu, která je okolo 360–400ppm, vůbec nevadí. Tato čidla mají obvykle autokalibrační funkci, která zajišťuje automatickou periodickou rekalibraci čidla na čerstvý vzduch, čímž je eliminováno stárnutí čidla a je tím zajištěna i dlouhodobá stabilita parametrů.
Čidla všech typů mají obvykle spojitý napěťový výstup (0–10 V) nebo proudový výstup (0–20 / 4–20 mA), pomocí kterého předávají informaci o hodnotě koncentrace CO2 ve vzduchu nadřízenému ventilačnímu systému.

“Ventilace na určitou hodnotu CO₂ na základě měření hodnoty koncentrace lze využít i v zemědělství pro velkochovy hospodářských zvířat a pro pěstírny zeleniny, hub a podobně. Udržování koncentrace CO₂ na optimální úrovni pro danou aplikaci umožňuje pak získat maximální užitkovost nebo nejvyšší výnosy,” přidává Miloš Žáček další způsoby využití čidel oxidu uhličitého.

---

Měření CO₂

Měření koncentrace CO₂ ve vzduchu

Pro měření koncentrace CO₂ ve vzduchu se využívá několik principů. Nejrozšířenější jsou čidla pracující na základě absorpce infračerveného záření (tzv. metoda NDIR – zkratka z angličtiny - Non-Dispersive InfraRed), dále čidla pracující na elektroakustickém principu a čidla fungující na elektrochemickém principu. Každý princip má své výhody a nevýhody.

Čidla NDIR

Tato čidla pracují na principu měření útlumu infračerveného záření (o specifické vlnové délce ) ve vzduchu. Čidla sestávají ze zdroje infračerveného záření, světlo-vodné 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, dlouhodoběji stabilnější, měří koncentraci již od nulové hodnoty, mohou měřit i vysoké koncentrace CO₂. Jejich nevýhodou je o něco vyšší cena.

Elektrochemická čidla

Tato čidla obvykle sestávají z elektrochemického článku s tuhým elektrolytem. Tento článek je přídavným žhavením vyhříván na pracovní teplotu. Na elektrodách článku dochází k chemickým reakcím podobným jako v palivovém článku, kdy se spotřebovává kyslík a na elektrodách článku vzniká elektromotorická síla. Měřením této elektromotorické síly pomocí speciální elektroniky 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, ale stále dostatečnou pro použití ve ventilační technice. Čidla pracující na elektrochemickém principu pracují až od cca 400 ppm, což vzhledem ke koncentraci ve venkovním vzduchu, která je okolo 360–400ppm, vůbec nevadí. Tato čidla mají obvykle vestavěnou autokalibrační funkci, která zajišťuje automatickou periodickou rekalibraci čidla na čerstvý vzduch. Tím se eliminuje stárnutí čidla a je tak zajištěna dlouhodobá stabilita parametrů.

Elektroakustická čidla

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 CO₂.

Hlavní předností těchto čidel je dlouhodobá stabilita bez nutnosti rekalibrace.

Výstupy čidel

Čidla všech typů mají obvykle spojitý napěťový výstup (0–10 V) nebo proudový výstup (0–20 / 4–20 mA), pomocí kterého předávají informaci o hodnotě koncentrace CO₂ ve vzduchu nadřízenému ventilačnímu systému.

Napěťový výstup 0-10V

Proudový výstup 0-20mA