機(jī)電那點(diǎn)事——聊聊CO2傳感器控制新風(fēng)技術(shù)

    其實(shí)這也不是什么特殊的玩意兒，更談不上什么新技術(shù)，現(xiàn)在其實(shí)在各大酒店和重要場(chǎng)所都在運(yùn)用這個(gè)技術(shù)。在我國(guó)《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50189-2015）第4.3.13項(xiàng)里也明確規(guī)定“在人員密度相對(duì)較大且變化較大的房間，宜根據(jù)室內(nèi)CO₂濃度檢測(cè)值進(jìn)行新風(fēng)需求控制，排風(fēng)量也宜適應(yīng)新風(fēng)的變化以保持房間的正壓”。但長(zhǎng)期以來，這個(gè)技術(shù)運(yùn)用的區(qū)域和房間的確很少，且隨著一些新技術(shù)的出現(xiàn)，這個(gè)控制方式也逐漸在作出新的演化。之所以今天要重提這個(gè)技術(shù)，一來是因?yàn)閭€(gè)人覺得這個(gè)成熟的技術(shù)的確有些地方可以值得探討，二來也是應(yīng)部分同事的需求。

    現(xiàn)在做項(xiàng)目比較雜，有些同事會(huì)把一些氣體的濃度探測(cè)和這個(gè)技術(shù)混淆，尤其是會(huì)把CO和CO₂兩個(gè)混淆。這個(gè)千萬不可以，兩者根本就是兩個(gè)概念。CO₂的濃度探測(cè)主要就是用在新風(fēng)系統(tǒng)的新風(fēng)量控制以改善室內(nèi)空氣質(zhì)量，同時(shí)達(dá)到節(jié)能的目的。

    咱們先簡(jiǎn)單了解下CO₂，二氧化碳是  五毒的，但它不能提供人體呼吸。這是一種令人窒息的氣體。因?yàn)槿撕羧氲氖荗₂，吐出的是CO₂，也就是說CO₂對(duì)人體而言就是廢氣。如果房間里有很多人，并且空氣沒有循環(huán)，則空氣中的氧含量會(huì)相對(duì)減少，并且會(huì)產(chǎn)生大量的CO₂。CO₂在空氣中的含量越高，對(duì)人體的影響就越大，CO₂當(dāng)含量高出0.7％時(shí)，人體就會(huì)感到不舒服，當(dāng)超過10％時(shí)，人體就會(huì)出現(xiàn)昏迷和死亡。因此在人群比較密集的地方，CO₂含量是一個(gè)非常重要的參數(shù)，直接關(guān)系到人體舒適度和安全。

                         二氧化碳含量所產(chǎn)生的影響

    正好，利用上述特性，通過對(duì)房間內(nèi)的CO₂監(jiān)測(cè)去控制調(diào)節(jié)送入房間的新風(fēng)量大小，既可以確保房間內(nèi)的空氣品質(zhì)，滿足人體的舒適度，又不會(huì)造成房間新風(fēng)的過量，達(dá)到整體節(jié)能的目的。所以CO₂傳感器在樓宇通風(fēng)控制中，被廣泛應(yīng)用于機(jī)場(chǎng)、辦公大樓、購(gòu)物中心、訓(xùn)練中心、醫(yī)院、工廠車間、地鐵、電影院、酒店的宴會(huì)廳等人群聚集娛樂和活動(dòng)的高級(jí)場(chǎng)所。

這種控制方法的是利用設(shè)置在回風(fēng)管中的CO₂傳感器來測(cè)量CO₂的濃度，并通過A/D 轉(zhuǎn)換，并把二氧化碳的濃度型號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)或數(shù)字信號(hào)送入控制器的計(jì)算機(jī)中，計(jì)算機(jī)根據(jù)預(yù)存的程序把這一信號(hào)與CO₂的濃度設(shè)定值進(jìn)行比較，并對(duì)產(chǎn)生的偏差信號(hào)進(jìn)行PI或PID計(jì)算，送出控制信號(hào)，再經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換，作用于新風(fēng)和回風(fēng)電動(dòng)風(fēng)閥，在調(diào)節(jié)新風(fēng)量的同時(shí)調(diào)節(jié)回風(fēng)量，從而使送風(fēng)量的變化不影響新風(fēng)量的調(diào)節(jié)。這種控制不再局限于很小的新風(fēng)量，而是基于CO₂濃度為控制目標(biāo)的新風(fēng)量隨動(dòng)控制系統(tǒng)，理論上和實(shí)踐中都證明了這種新風(fēng)量控制在節(jié)能方面的明顯優(yōu)勢(shì)。如果考慮到室內(nèi)空氣品質(zhì)的完全控制，在成本允許的條件下，這種控制方案也可以增加 TVOC傳感器作為系統(tǒng)的發(fā)信器，只需調(diào)整控制程序即可。圖1就是這種控制的原理方框圖。

    有部分環(huán)境的空間，是需要房間始終保持溫濕度環(huán)境下工作，按以往的常規(guī)設(shè)計(jì)，新風(fēng)量是按照一個(gè)固定的設(shè)計(jì)值進(jìn)行設(shè)計(jì)，除非房間內(nèi)的工作使用人員是固定的，否則如此的新風(fēng)量設(shè)計(jì)往往在長(zhǎng)時(shí)間是偏高的，這樣的話勢(shì)必能源在白白的浪費(fèi)。所以此時(shí)如果將CO₂濃度的監(jiān)測(cè)引入到房間內(nèi)來更合理的控制新風(fēng)量，就可以做到事半功倍的節(jié)能。圖2是此類控制的相關(guān)時(shí)序圖。

    市場(chǎng)上目前所采用的CO₂濃度傳感器的類別和品牌相當(dāng)多，主流市場(chǎng)普遍認(rèn)為紅外線傳感器的準(zhǔn)確率相對(duì)較高，當(dāng)然價(jià)格也是貴不少。還有就是合資品牌和國(guó)產(chǎn)品牌在壽命上的區(qū)別，好的品牌壽命可以長(zhǎng)達(dá)15年，差的就不說了。

    隨著技術(shù)的發(fā)展和需求的增長(zhǎng)，CO₂傳感器空調(diào)新風(fēng)量控制方法也在不斷的升級(jí)和改進(jìn)。一類是除了CO₂傳感器外，研制更多種類、更完整的VOC傳感器，但因?yàn)閂DC種類太多后對(duì)同時(shí)控制算法增加了難度，也更復(fù)雜，這就會(huì)導(dǎo)致控制系統(tǒng)工程中的精度、成本等都難以控制，工作可靠性也下降。另一種是我個(gè)人目前非常看好的趨勢(shì)，隨著人工AI技術(shù)的發(fā)展，傳感器聯(lián)同人移動(dòng)的探測(cè)器，并結(jié)合大數(shù)據(jù)，不但對(duì)房間內(nèi)CO₂濃度作出反饋，同時(shí)也對(duì)房間內(nèi)的實(shí)際人數(shù)作出準(zhǔn)確判定。讓原本純被動(dòng)的探測(cè)變?yōu)橹鲃?dòng)結(jié)合被動(dòng)的方式，這樣可以更及時(shí)更早更準(zhǔn)確的去調(diào)節(jié)新風(fēng)閥門，房間也可以變?yōu)楦?jié)能更智能化。

    在此還要提的事，現(xiàn)在此技術(shù)在一些普通家庭的裝潢改造時(shí)也被用于住宅家庭小中央空調(diào)的新排風(fēng)系統(tǒng)中。結(jié)合其他傳感器，如CO傳感器、PM2.5傳感器等的聯(lián)用，在家你既可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并通過智能家居設(shè)備看到房間內(nèi)的CO₂指數(shù)和空氣品質(zhì)，同時(shí)也能自動(dòng)控制家庭的空調(diào)通風(fēng)設(shè)備進(jìn)行必要的空氣交換，保持房間內(nèi)的空氣流通。甚至結(jié)合智能家居的其他設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)手段等可以讓你遠(yuǎn)程監(jiān)控屋居內(nèi)的空氣品質(zhì)。期望隨著技術(shù)的推廣和發(fā)展，每家每戶都可以成為節(jié)能環(huán)保舒適的家庭。