Gaisa kvalitāte telpās ir kļuvusi par kritiski svarīgu faktoru veselīgas un produktīvas vides nodrošināšanā. Mūsdienu cilvēks lielāko daļu (ap 80–90%) sava laika pavada iekštelpās, tāpēc pieaug arī iespējamais piesārņotāju iedarbības risks. Gaisa kvalitātes sensori palīdz nepārtraukti uzraudzīt gaisa sastāvu, savlaicīgi brīdinot par piesārņojumu un ļaujot veikt soļus tā mazināšanai. Šajā rakstā aplūkosim, kā šie sensori darbojas, kādus parametrus tie mēra un kāpēc to uzraudzība ir svarīga darba un mācību vidē, kā arī apskatīsim risinājumus dažādās nozarēs.
Slikta gaisa kvalitāte tieši ietekmē mūsu pašsajūtu un veselību. Paaugstināts CO₂ līmenis telpās bieži ir galvenais vaininieks, kas rada nogurumu, diskomfortu un samazina cilvēku koncentrēšanās un darba spējas. Ilgstoša uzturēšanās piesārņotā gaisā var izraisīt elpceļu slimības, alerģijas un astmas saasinājumus. Īpaši neaizsargāti ir bērni – pētījumi apliecina, ka iekštelpu gaisa kvalitāte būtiski ietekmē bērnu dzīves kvalitāti un veselību, un augošs elpceļu saslimšanu skaits bērnu vidū ir veicinājis stingrākus gaisa kvalitātes standartus bērnudārzos un skolās. Piemēram, slikts gaiss mācību telpās var izraisīt biežāku klepu, galvassāpes, nogurumu, kas pasliktina bērnu koncentrēšanos un mācīšanās spējas.
Paaugstināts CO₂ līmenis telpās bieži ir galvenais vaininieks, kas rada nogurumu, diskomfortu un samazina cilvēku koncentrēšanās un darba spējas
Gaisa kvalitātes monitorings sniedz iespēju laicīgi atklāt kaitīgos piesārņotājus un veikt pasākumus situācijas uzlabošanai. Ar sensoriem var konstatēt neredzamus apdraudējumus – smalkās putekļu daļiņas, gaistošos organiskos savienojumus (VOC), oglekļa dioksīdu (CO₂), tvana gāzi (CO) u.c. –, kas citādi paliktu nepamanīti. Savlaicīga piesārņojuma identificēšana ļauj uzlabot ventilāciju, izmantot gaisa attīrītājus vai novērst piesārņojuma avotus, tādējādi radot veselīgāku vidi telpās. Piemēram, CO₂ sensora brīdinājums par paaugstinātu līmeni skolas klasē mudina izvēdināt telpu, kas uzreiz uzlabo pašsajūtu un kognitīvo sniegumu.
Industriālie gaisa kvalitātes sensori izmanto dažādas tehnoloģijas, lai noteiktu un izmērītu piesārņotāju koncentrāciju gaisā. Tālāk apskatīsim dažus zplatītītākos sensoru tipus un to darbības principus.
CO₂ koncentrācijas mērīšanai bieži izmanto infrasarkano staru absorbciju. Mūsdienīgi NDIR (nedispersīvās infrasarkanās) sensori ar divu viļņu tehnoloģiju spēj kompensēt novecošanās efektus un ir noturīgi pret piesārņojumu, nodrošinot precīzus mērījumus ilgtermiņā. Piemēram, uzņēmuma E+E Elektronik CO₂ sensori izmanto divu viļņu NDIR tehnoloģiju ar automatisku kalibrāciju, kas garantē stabilitāti un precizitāti arī mainīgos apstākļos.
Smalko putekļu un daļiņu (piemēram, PM₂.₅ un PM₁₀) noteikšanai izmanto lāzera optiskos sensorus, kas pamatojas uz gaismas izkliedes principu. Puteklīšu daļiņām šķērsojot lāzera staru, sensora fotodetektors reģistrē gaismas izkliedes intensitāti – no tās var noteikt daļiņu koncentrāciju un pat lielumu. Šādi sensori palīdz ātri noteikt, vai gaisā nav bīstami daudz putekļu, dūmu vai citu aerosolu.
Dažādu gāzveida piesārņotāju noteikšanai izmanto atšķirīgas metodes. Gaistošo organisko savienojumu (VOC) sensori nereti ir veidoti uz metāla oksīda pusvadītāju bāzes, kas maina elektrisko pretestību, saskaroties ar VOC molekulām. Šādi sensori reaģē uz kopējo gaisa kvalitāti (dažkārt tos dēvē par “jaukto gāzu” sensoriem), uzrādot izmaiņas, kad telpā palielinās, piemēram, tīrīšanas līdzekļu vai krāsu izgarojumi. Savukārt tvana gāzes (CO) noteikšanai bieži izmanto elektrodu elektroķīmiskos sensorus, kas ģenerē elektrisko strāvu, reaģējot ar CO gāzi. Strāvas stiprums ir proporcionāls gāzes koncentrācijai, nodrošinot precīzu mērījumu.
Lai gan tieši neuzskaita piesārņotājus, relatīvais mitrums un temperatūra ir svarīgi iekštelpu vides parametri. Augsts mitrums veicina pelējuma veidošanos, bet pārāk sauss gaiss var kairināt elpceļus. Tāpēc daudzi gaisa kvalitātes monitori vienlaikus mēra arī temperatūru un mitrumu, palīdzot uzturēt komfortablus apstākļus.
Mūsdienās pieejami daudzfunkcionāli sensori un monitori, kas vienā ierīcē apvieno vairākus augstāk minētos sensorus. Piemēram, ir iekārtas, kas vienlaikus mēra CO₂, VOC, PM, temperatūru un mitrumu, nodrošinot pilnīgu gaisa kvalitātes ainu reāllaikā. Dažiem rūpnieciskiem kanāla tipa sensoriem ir pat patentēta vairākkameru konstrukcija, kas ļauj vienlaikus mērīt līdz četrām dažādām lielumiem, piemēram, CO₂, VOC, temperatūru un relatīvo mitrumu, izmantojot vienu ierīci.
Vairāku parametru uzraudzība dod visaptverošu pārskatu par gaisu un ļauj precīzāk noteikt diskomforta cēloņus
Šāda vairāku parametru uzraudzība dod visaptverošu pārskatu par gaisu un ļauj precīzāk noteikt diskomforta cēloņus – piemēram, augsts PM līmenis signalizē par putekļiem vai dūmiem, savukārt paaugstināts CO₂ norāda uz nepietiekamu ventilāciju. Monitorējot arī temperatūru un mitrumu, iespējams laikus novērst pelējuma risku un nodrošināt komfortablus apstākļus visiem telpas iemītniekiem.
CO₂, PM, VOC, CO, temperatūra un mitrums ir biežākie parametri, kurus uzrauga gaisa kvalitātes sensori. Katra no šīm lielumiem cēloņi un ietekme ir atšķirīga.
CO₂ līmenis telpās galvenokārt ceļas no cilvēku izelpas un nepietiekamas ventilācijas, kā arī no jebkādas fosilā kurināmā dedzināšanas (piemēram, gāzes apkures katli). Normālos apstākļos āra gaiss satur ap ~400 ppm CO₂, bet slikti vēdinātās telpās tas var pārsniegt 1000 ppm, radot miegainību un koncentrēšanās grūtības. CO₂ monitori sniedz brīdinājumus, ja koncentrācija tuvojas bīstamai robežai, ļaujot laikus vēdināt telpas.
Daudzās skolās un birojos tiek izmantoti CO₂ detektori – ierīces, kas ar krāsu vai skaņas signālu norāda gaisa kvalitāti atkarībā no CO₂ līmeņa, tādējādi atgādinot par logu atvēršanu. Kā uzsver ražotāji, CO₂ monitori ir neaizstājami, lai telpās, kur uzturas daudz cilvēku (skolas, biroji, konferenču zāles), uzturētu modrību par gaisa svaigumu un novērstu darbspēju kritumu.
Tās ir smalkās putekļu daļiņas gaisā, kuru avoti var būt āra piesārņojums (satiksmes radītas daļiņas), dūmi, putekļi, būvmateriālu daļiņas utt. PM2.5 (daļiņas ≤ 2.5 mikroni) ir īpaši bīstamas, jo var iekļūt dziļi plaušās. Augsts PM līmenis telpās var rasties, piemēram, gatavojot ēdienu bez tvaika nosūcēja vai ja no āra iekļūst piesārņots gaiss. Sensori, kas mēra PM, palīdz identificēt putekļainus un piesārņotus apstākļus, ļaujot veikt pasākumus – no telpu uzkopšanas līdz gaisa filtrēšanas sistēmu uzlabošanai.
Pie VOC pieder lidojošas ķīmiskas vielas, kas izgaro no krāsām, lakām, tīrīšanas līdzekļiem, mēbelēm, līmēm un pat no dažiem tekstilizstrādājumiem. Šīs vielas var veicināt galvassāpes, kairināt acis un elpceļus. VOC sensori mērī kopējo gaisa kvalitāti saistībā ar organiskajiem piesārņotājiem un bieži tiek izmantoti, lai uzraudzītu telpas pēc remontdarbiem vai vietas, kur tiek lietoti ķīmiskie līdzekļi. Ja VOC līmenis paaugstinās, var būt nepieciešams uzlabot ventilāciju vai ierobežot piesārņojuma avotu (piemēram, uzglabāt krāsas un šķīdinātājus noslēgtos traukos).
Bezkrāsaina un bez smaržas, CO veidojas nepilnīgas degšanas procesos, piemēram, darbībā gāzes sildītājiem, plītīm, automašīnu izplūdes gāzēm slēgtā garāžā utt. Telpās CO ir īpaši bīstams, jo augstā koncentrācijā tas var izraisīt saindēšanos un pat nāvi. Industriāli CO sensori parasti strādā elektroķīmiski un nekavējoties brīdina par CO noplūdēm, kas ir svarīgi katlu telpās, autostāvvietās, rūpnīcās un citur, kur izmanto degšanas procesus. Lai gan CO monitorings nav tieši “gaisa kvalitāte” komforta izpratnē, tas ir kritiski svarīgs drošībai.
Šie abi faktori ietekmē komforta līmeni un veselību iekštelpās. Pārāk augsta vai zema temperatūra ietekmē pašsajūtu, bet neatbilstošs mitruma līmenis var veicināt pelējuma augšanu vai radīt elpceļu kairinājumu. Daudzi gaisa kvalitātes monitori integrē arī termometru un higrometru, lai lietotāji redzētu pilnu ainu. Piemēram, ja telpā ir 25°C un 80% mitrums, pastāv augsts diskomforts un pelējuma risks, pat ja visi piesārņotāji ir normas robežās. Tāpēc komplekss monitorings (CO₂ + PM + VOC + T + RH) dod vislabāko ieskatu, kā uzlabot telpas klimatu kopumā.
Jāatzīmē, ka piesārņotāji nerodas paši no sevis – tie vienmēr ir kāda procesa vai avota rezultāts. Piemēram, CO₂ pieaug cilvēku elpošanas un kurināmā dedzināšanas dēļ, VOC izdalās no ķīmiskiem produktiem un materiāliem, PM iekļūst no ārpuses vai rodas iekšpusē sadedzināšanas un putekļu rezultātā, savukārt CO var noplūst no apkures iekārtām vai transporta. Saprotot avotus, iespējams mērķtiecīgi ierobežot emisijas – piemēram, uzlabot telpu ventilāciju, izvēlēties zemāka VOC līmeņa būvmateriālus, vai uzturēt tīrību, lai mazinātu putekļu daudzumu.
Saprotot gaisa piesārņojuma avotus, iespējams mērķtiecīgi ierobežot emisijas
Darba vietās un mācību iestādēs gaisa kvalitātes uzraudzība ir tieši saistīta ar produktivitāti, veselību un labsajūtu. Neapmierinoša gaisa kvalitāte ofisos var novest pie t.s. “slimās ēkas sindroma”, kas izpaužas ar galvassāpēm, nogurumu, acu kairinājumu un citām nespecifiskām sūdzībām. Rezultātā darbinieku darbspēja un koncentrēšanās spējas pasliktinās.
Uzstādot CO₂ un VOC sensorus birojā, uzņēmumi var reāllaikā sekot līdzi, vai ventilācija strādā pietiekami efektīvi. Piemēram, ja sanāksmju telpā CO₂ līmenis pārsniedz noteiktu slieksni, sistēma var automātiski palielināt svaiga gaisa pieplūdi vai nosūtīt paziņojumu ēkas apsaimniekotājam. Tas uzlabo gaisa apmaiņu un novērš darbinieku nogurumu, pirms tie vispār apzinās problēmu.
Skolās un bērnudārzos gaisa kvalitāte ir vēl kritiskāka. Bērni, atrodoties piesārņotā vai nevēdinātā telpā, ne tikai jūtas sliktāk tajā brīdī, bet slikts gaiss var ilgtermiņā ietekmēt viņu veselību. Pētījumi liecina, ka slikts IAQ (Indoor Air Quality) veicina astmu, bronhītus, alerģijas un pat pasliktina kognitīvo attīstību. Tādēļ daudzviet izglītības iestādēs tiek ieviesti gaisa kvalitātes monitori, kas palīdz uzturēt drošu vidi.
Piemēram, klasēs izvietoti CO₂ indikatori ar krāsu skalām (zaļa – labs, dzeltena – pievērst uzmanību, sarkana – nekavējoties vēdināt) dod pedagogiem un skolēniem vizuālu atgriezenisko saiti par gaisa svaigumu. Līdzīgi, ja sensors konstatē paaugstinātu PM2.5 līmeni (piemēram, piesārņojums no āra vai krīta putekļi), var apsvērt gaisa attīrītāja ieslēgšanu. Rezultātā bērni atrodas veselīgākā vidē, retāk slimo un spēj labāk koncentrēties mācībām.
Bērni atrodas veselīgākā vidē, retāk slimo un spēj labāk koncentrēties mācībām
Arī ražošanas un pētniecības vidē IAQ monitorings ir būtisks. Laboratorijās, muzejos, noliktavās – katrā no šīm vidēm gaisa kvalitātei ir sava nozīme. Piemēram, muzejos pārāk augsts mitrums vai putekļu līmenis var bojāt eksponātus, tādēļ lieto sensorus, kas brīdina par nepieciešamību regulēt klimatu. Ražošanas telpās gaisa piesārņojums var ietekmēt gan strādājošo veselību, gan produktu kvalitāti (piemēram, mikroelektronikas ražotnēs nepieciešamas tīras telpas ar minimālu PM daudzumu). Industriālie sensori nodrošina, ka šie apstākļi tiek nepārtraukti kontrolēti un atbilst noteiktajiem standartiem.
Regulatīvā vide arī virza IAQ monitoringa nozīmi – daudzās valstīs ir noteikti gaisa kvalitātes standarti sabiedriskām telpām. Kā minēts Tekon Electronics blogā, pieaugot izpratnei par IAQ ietekmi, likumdošanā tiek nostiprinātas prasības bērnu iestādēs un citās sabiedriskās ēkās uzturēt labāku gaisa kvalitāti. Tas nozīmē, ka monitoringa sistēmas ne tikai rūpējas par veselību, bet arī palīdz iestādēm izpildīt normatīvus un izvairīties no pārkāpumiem.
Pateicoties pieprasījumam, tirgū ir pieejami daudzveidīgi gaisa kvalitātes monitoringa risinājumi, kas pielāgoti dažādām vajadzībām.
Šajā sektorā plaši izmanto CO₂ sensorus ventilācijas sistēmās, lai ieviestu pieprasījumam atbilstošu ventilāciju (DCV – demand-controlled ventilation).
Piemēram, E+E Elektronik ražo iebūvējamas CO₂ zondes un moduļus ar NDIR sensoriem, kas nodrošina precīzu CO₂ kontroli ēku automatizācijā. Šie sensori tiek integrēti HVAC sistēmās – kad telpā CO₂ koncentrācija pārsniedz slieksni, ventilācija automātiski palielinās, un otrādi, tā taupot enerģiju, kad gaiss ir svaigs.
Tāpat HVAC nozarē izmanto kombinētus sensorus, kas vienā blokā mēra CO₂, temperatūru, mitrumu un pat gaisa spiedienu, ļaujot pilnībā automatizēt iekštelpu klimata kontroli.
Industriālajos procesos svarīga ir ne tikai komforta nodrošināšana, bet arī procesu drošība un produktu kvalitāte.
Piemēram, pārtikas rūpniecībā var būt nepieciešams uzraudzīt CO₂ līmeni noliktavās vai ražošanas telpās, lai nodrošinātu darbinieku drošību (CO₂ tiek izmantots dzērienu gazēšanā, dzesēšanas procesos utt.). Smagajā rūpniecībā vai ķīmijas ražotnēs uzstāda VOC un toksisko gāzu sensorus, kas nekavējoties signalizē par bīstamu vielu noplūdēm, aizsargājot darbiniekus.
Tīrās telpās (piemēram, mikroshēmu ražošana) būtiski ir PM daļiņu detektori, kas seko līdzi, lai putekļu daļiņas nepārsniedz stingros limitus. Svarīgi ir tas, ka industriālie sensori bieži vien aprīkoti ar releju izejām vai trauksmes sistēmām, kas var automātiski apstādināt procesu vai aktivizēt ventilāciju, tiklīdz rādījumi sasniedz bīstamu līmeni.
Kā jau minēts, šeit populāri ir kompakti iekštelpu monitori (“IAQ monitori”), kas mēra vairākus parametrus vienlaikus un brīdina par gaisa kvalitāti ar skaņas vai gaismas signāliem.
Piemēram, Lascar Electronics EL-WEM monitors nepārtraukti mēra PM2.5, PM10, temperatūru, mitrumu, VOC un spiedienu, aprēķinot kopējo gaisa kvalitātes indeksu un attēlojot to ar krāsu gredzenu – no zaļa (“Lieliska”) līdz sarkanam (“Nepietiekama”). Šāda ierīce ir noderīga birojos, skolās, teātros un citur, kur pulcējas cilvēki, dodot ātru atgriezenisko saiti par gaisa stāvokli.
Daudzas šādas ierīces atbalsta WiFi vai Bluetooth savienojumu, ļaujot datus augšupielādēt mākonī un pārraudzīt attālināti ar viedtālruni. Piemēram, Lascar EasyLog sistēma ļauj sekot IAQ rādījumiem tiešsaistē, saņemt brīdinājumus e-pastā vai SMS un analizēt vēstures datus, lai pamanītu tendences. Arī citi ražotāji, piemēram, Dostmann Electronic, piedāvā CO₂ monitorus ar datu reģistrēšanu – tie saglabā mērījumus, kurus var vēlāk analizēt datorā, lai novērtētu gaisa kvalitātes izmaiņas dienas gaitā.
Ir vērts pieminēt, ka industriālie gaisa kvalitātes sensori atrod pielietojumu arī siltumnīcās un lopkopībā. CO₂ sensori tiek lietoti siltumnīcās, lai regulētu ogļskābās gāzes padevi augiem (CO₂ mēslošana), savukārt putekļu un amonjaka sensori fermās palīdz uzturēt dzīvniekiem veselīgus apstākļus. Tādējādi sensori veicina gan ražas pieaugumu, gan darbinieku un dzīvnieku labklājību šajās nozarēs.
Tirgū pieejami dažādi sensori un monitori, pielāgoti gan profesionālai lietošanai industriālajā vidē, gan vienkāršai monitorēšanai mājas apstākļos. Lūk, aktuālākais apskats:
Moderns IAQ monitors, kas mēra CO₂, PM1/2.5/10, VOC, temperatūru, mitrumu un spiedienu. Aprīkots ar LED gaismas gredzenu (statusa indikācija), skaņas trauksmi un automātisku datu augšupielādi mākoņplatformā (EasyLog Cloud). Darbojas arī pie elektroapgādes pārtraukuma (iekšējā baterija).
Wireless CO2 & Indoor Air Quality Data Logger with Alarms, EL-WEM+, Lascar |
Vācu ražotāja robusta ierīce ar LCD ekrānu, kas mēra CO₂, temperatūru un mitrumu. Iespēja saglabāt un eksportēt datus (MicroSD), kā arī skaņas brīdinājums pie paaugstināta CO₂ līmeņa. Ērti izmantojams klasēs un prezentāciju telpās.
|
Bezvadu industriāls IAQ sensors, kas mēra CO₂, temperatūru, mitrumu un spiedienu. Lieliski piemērots viedajām ēkām, ražošanai, lauksaimniecībai un noliktavām. Dati pārsūtāmi uz DUOS Gateway, kas integrējama mākoņplatformās.
|
CO₂ sensors ar precīzu NDIR tehnoloģiju, pieejams versijās ar analogajām izejām vai Modbus RTU. Atsevišķi modeļi aprīkoti ar LED CO₂ līmeņa indikāciju vai LCD displeju. Ilgstoši kalpojošs un uzticams risinājums BMS sistēmām.
|
Miniatūrs, bet jaudīgs sensors, kas vienlaikus mēra CO₂, temperatūru un atmosfēras spiedienu. Dati pieejami caur I²C un UART interfeisiem. Ideāli piemērots OEM risinājumiem un integrētiem produktiem.
|
Portatīvs, ar bateriju darbināms CO₂ sensors ar Bluetooth savienojumu un e-ink displeju. Mēra arī temperatūru, mitrumu un spiedienu. Lietojams ar bezmaksas mobilo lietotni. Piemērots personīgai un izglītības lietošanai.
|
Latvijā radīts iekštelpu CO₂ monitors ar LED brīdinājuma indikatoru un e-ink displeju. Mēra arī temperatūru un mitrumu. Darbojas bez viedtālruņa vai lietotnes, akumulators darbojas līdz pat 3 nedēļām ar vienu uzlādi.
Luxafor CO₂ Mērītājs - gaisa kvalitāte, temperatūra, mitrums |
Kombinēts oglekļa monoksīda (CO) un dūmu detektors ar savienojumu uz NB-IoT/LTE-M. Piemērots dzīvojamām telpām līdz 60 m². Paredzēts stiprināšanai pie griestiem. Brīdinājums ar skaņas signālu un datu pārraide uz LMT platformu.
Budžeta klases sensors ar displeju, kas mēra PM2.5, temperatūru, relatīvo mitrumu un tVOC. Var strādāt atsevišķi vai savienoties ar IKEA DIRIGERA centru un STARKVIND gaisa attīrītājiem. Vienkārša uzstādīšana un izskats kā no IKEA katalogiem.
| Ierīce | Mērītie parametri | Savienojamība |
|---|---|---|
| Lascar EL-WEM+ | CO₂, PM1/2.5/10, VOC, T, RH, spiediens | WiFi, EasyLog Cloud |
| Dostmann AirControl 5000 | CO₂, T, RH | USB (MicroSD datu eksports) |
| Tekon DUOS inAir | CO₂, T, RH, spiediens | LoRa (DUOS sistēma) |
| S+S AERASGARD® RCO2 | CO₂ | Analogās izejas (0-10V / 4-20mA), Modbus RTU |
| E+E Elektronik EE895 | CO₂, T, spiediens | UART, I²C |
| Aranet4 | CO₂, T, RH, spiediens | Bluetooth |
| Luxafor CO₂ Monitor | CO₂, T, RH | Nav (lokāls displejs, USB uzlāde) |
| LMT Elpo | CO, dūmi | NB-IoT, LTE-M |
| IKEA VINDSTYRKA | PM2.5, tVOC, T, RH | Zigbee (ar DIRIGERA) |
Gaisa kvalitātes sensori un datu monitoringā balstīti risinājumi ir kļuvuši par neatņemamu sastāvdaļu mūsdienu ēkās un daudzos procesos. Tie sniedz gan tehnisku precizitāti, gan arī praktisku labumu – uzlabojot cilvēku veselību, pašsajūtu un produktivitāti. Kā rāda pieredze, savlaicīga brīdināšana par sliktiem rādījumiem ļauj ātri rīkoties: vēdināt telpas, regulēt ventilācijas sistēmas, ieslēgt filtrus vai novērst piesārņojuma avotus. Rezultātā vide kļūst drošāka un patīkamāka.
Ieguldot precīzos gaisa kvalitātes monitoringa risinājumos, uzņēmumi un iestādes var ne vien nodrošināt atbilstību gaisa kvalitātes normām, bet arī radīt vidi, kurā cilvēki jūtas labi un strādā efektīvi.
Neatkarīgi no tā, vai tas ir rūpnīcas cehs, skolas klase vai birojs – labi izvēlēts un pareizi izmantots gaisa kvalitātes sensors kļūst par viedo sargu mūsu ikdienas vidē.
Facebook
Google
LinkedIn
AirControl 5000 CO2 instrument with data logger
Miniature CO2-Modulis
