Energibesparingar för ventilation, med bibehållen luftkvalité

Intelligent luftkvalité
Vuxna konsumerar två till tre liter vätska och ett till två kg mat per dag. Även om hygien och säkerhet i samband med mat får stor uppmärksamhet, får luftkvalitén mycket liten uppmärksamhet trots att vi i genomsnitt andas 15 kg luft per dag - varav 80% inomhus.

Från klassrummet till det lilla kontorsrummet, sträcker sig fördelarna med att upprätthålla god kvalité på inomhusluften bortom skyddet av personernas hälsa.
Elever i skolor med frisk luft är bättre på att lagra information och deras lärare har färre sjukdagar.

För arbetsgivare, visar studier att förbättrad inomhusluft korrelerar direkt med högre produktivitet och nöjdare personal.

Dessutom har införandet av "green buildings" och utsläpp som är beroende av energiskatter skapat en medvetenhet för såväl kvalitén på inomhusluften och ventilationen som på energikostnaderna.

Följaktligen är det opraktiskt att i moderna eller ombyggda byggnader, antingen ha ett alternativ med minimal ventilation med dålig luftkvalité eller permanent ventilation med höga energikostnader.

Med behovsstyrd ventilation kan man åstadkomma god balans  mellan dessa två ytterligheter.

Denna redogörelse är inriktad på sensorer för behovsstyrd ventilation. Den beskriver typiska föroreningar som förekommer inomhus, deras källor, och deras inverkan på människors hälsa.

Nuvarande standard för luftkvalité inomhus konfronteras dessutom med moderna krav på ventilation och jämförs med dagens kommersiellt tillgängliga tekniker för luftkvalitésensorer.

Slutligen ges förslag till förbättringar av typiska ventilationscenarier med hjälp av AP: intelligenta lösningar för luftkvalité.

Inomhusluftens anatomi
Ren luft består av 21% syre, 78% kväve och 1% argon.

Men inomhusmiljöer är annorlunda där andra ädelgaser, kolmonoxid (CO), koldioxid (CO₂) och flyktiga organiska ämnen (VOC), även kända som blandgas, finns med olika fokus.

När det gäller effekter på hälsa är de två sistnämnda de viktigaste: CO₂ för dess HVAC (värme, ventilation och luftkonditionering) industri medvetenhet, och VOC för deras kritikalitet.

. . . utöver CO₂

Betydelsen och konsekvenserna av flyktiga organiska föreningar i luften inomhus
Det finns uppskattningsvis 5.000 till 10.000 olika flyktiga organiska föreningar, som är två till fem gånger mer sannolika att hittas inomhus än utomhus. Flyktiga organiska föreningar i luften inomhus är kolväten som kommer från två källor:

• biologiskt avfall, som innehåller dofter från mänsklig andning, transpiration och metabolism

• ångor som genereras från byggmaterial och inredning

Flyktiga organiska föreningar orsakar ögonirritation, huvudvärk, dåsighet eller yrsel, och bidrar till ett tillstånd som kallas "sick building syndrome" eller SBS, där tillräcklig ventilation måste finnas.

Bortsett från industriella förhållanden och bekvämlighetsaspekter som temperaturkontroll, utgör flyktiga organiska föreningar den mest kritiska anledning ventilationsbehov. Några typiska inomhusföroreningar och deras källor visas i tabell 1.

Det är tydligt att människor utgör den största källan till flyktiga organiska föreningar, direkt och indirekt, långt bortom byggmaterial, möbler och kontorsutrustning, och dominerar därmed efterfrågan på ventilation.

Tabell 1 - Typiska luftföroreningar inomhus (flyktiga organiska föroreningar och andra)

Rollen och betydelsen av CO₂ i inomhusluft
Trots att CO₂ finns med två gånger i tabell 1 och spelar en viktig roll i modern ventilationsstyrning, har det ingen permanent effekt på människor i små doser. Exponeringar på ubåtar och på den internationella rymdstationen bekräfta att även tunga CO₂ koncentrationer på 1% (10.000 ppm) inte visar några oåterkalleliga följder för de utsatta människornas välbefinnande.

På grund av bristen på lämpliga avkänningsanordningar för flyktiga organiska föreningar, har CO₂ historiskt sett varit en fullgod indikator på luftkvalité.

Eftersom mängden CO₂ är proportionell i förhållande till den mängd flyktiga organiska föreningar som produceras av människans andning och transpiration (metabolisk regel) avspeglar CO₂ den totala mängden flyktiga organiska föreningar (TVOCs) vilket illustreras i diagram 1.

Diagram 1 - CO₂ och flyktiga organiska föroreningar från affärssammanträden

Eftersom det har varit lätt att inrikta sig på CO₂ som en enda gas gentemot tusentals flyktiga organiska föreningar, i kombination med tillgången på lämplig CO₂- mätteknik, har CO₂ gjorts till surrogat för föroreningar av inomhusmiljön orsakade av människor.

Som sådan, är CO₂-nivåerna dagens standard för inomhusluftens kvalitéreferens för flyktiga organiska föreningar med konkreta definitioner av luftkvalité som ursprungligen infördes av Max von Pettenkofer och som blivit accepterade av de flesta av VVS-branschens normer. Se tabell 2.

Volatiliteten av flyktiga organiska ämnen
Diagram 1 visar mer än bara förhållandet mellan
flyktiga organiska ämnen och CO₂. Diagrammet visar även att flyktiga organiska föreningar är betydligt instabilare, eller plötsligt förekommande.

En ökning av mänskligt biologiskt spillvatten eller intermittent
användning av illaluktande material såsom städmaterial, parfymer och cigarettrök är inte ovanligt. Diagram 1 visar 

toppar av dessa händelser. Om man enbart förlitar sig på CO₂ som ventilationsreferens kommer detta att leda till otillfredsställande resultat.

Ventilationen ska svara mot behovet av alla förekommande föroreningskällor, inte bara CO₂. Detta visar på svagheten att basera mätningar av flyktiga organiska föreningar på CO₂. Genom att upptäcka ett bredare spektrum av föroreningar optimerar man energibesparingar på ventilation i och minimerar påverkan på människor.
 

Referenser till luftkvalité inomhus från dåtid till nutid
Historiskt sett har CO₂använts som detekteringsgas eftersom det är en rimlig referens. Den är också lätt att detektera. Detektorer för blandade gaser eller flyktiga organiska föroreningar drabbades tidigt av kritik på grund av långsiktiga problem med stabilitet och oförmågan att kalibrera utgångsenheter.

Utan lämpliga tröskelvärden kunde VVS planerare med detektorer för flygtiga organiska föroreningar inte enkelt ställa in ventilationsområdena och variationer hos sensorerna för flyktiga organiska föroreningar gjorde hela ventilationssystemet funktionellt oförutsägbart.

Trots att motivationen för att mäta orsaken till förorenad luft var befogad, blev genomförandet inte framgångsrikt.

AP: s tillvägagångssätt – Nära människans uppfattning
Med hänsyn till avsaknaden av normer för flyktiga organiska föroreningar, drar AP:s IAQ-sensor, (Intelligent Air Quality), nytta av sin omvända metabolikregelteknik, RMR.

RMR-tekniken kalibrerar uppmätta VOC-koncentrationer (Volatile Organic Compounds) av CO₂:s motsvarande ppm-värden, och uppnår därmed full överensstämmelse med
CO₂-standarder.

Dessutom fångar IAQ-sensorn alla VOC-luktutsläpp som är helt osynliga för CO₂-sensorer som Diagram 2 visar.

AP:s kontrollalgoritmer korrigerar för sensoravvikelser och åldrande och ger därigenom god överensstämmelse.

IAQ-givaren överbryggar brister med CO₂-mätning genom att upptäcka det verkliga behovet av ventilation, dvs det som beror på mängden flyktiga organiska föroreningar.

IAQ sensorn rättar också brister med typisk
VOC-avkänningsteknik genom signalanslutning till etablerade CO₂-standarder och strikta avvikelsekompensationer för förlängd givarfunktion.

IAQ-sensorn emulerar den mänskliga uppfattningen av luftkvalité och känner till och med av luktfria, potentiellt farliga ämnen som kolmonoxid.

Diagram 2 - Typiska scenarier där CO₂-sensorer ej fungerar
som DCV referenser

Vilka referenser skall följas
Idag finns olika typer av DCV-sensorer tillgängliga, inklusive närvarodetektering, CO₂ detektering, fuktmätning och
VOC-avkänning.

Tabell 3 jämför resultaten av de tre sistnämnda sensorernas luftkvalitéteknik över olika tillämpningar, och beskriver tydligt fördelen med AP: s intelligenta teknik för luftkvalité.
 

Tabell 3 - Olika luftkvalitésensorers prestanda vid typiska ventilationsscenarier

När skall man ventilera och hur
Svaret är: Vid behov. De flesta VOC händelser är oförutsägbara eftersom de domineras av människans metabolism och beteende, som står för mer än 85% av alla ventilationsfall.

Resten kommer från utsläpp från byggnadsmaterial vilket är vanligt i nya byggnader och efter ombyggnationer eller från möbler och beläggningar.

För att minska och späda ut dessa utsläpp tillräckligt, räcker det med en permanent ventilation på 5 – 10% av den maximala ventilationen.

Tabell 1 listar relevanta ämnen och rekommenderade ventilationsscenarier. VOC-utsläpp förekommer sällan isolerade. Den ideala lösningen är därför en kombination av båda ventilationstyperna . luft var befogad, blev genomförandet inte framgångsrikt.

Läs mer om BIO-detektorns egenskaper och energibesparingsmöjligheter