机电那点事——聊聊CO2传感器控制新风技术

    其实这也不是什么特殊的玩意儿，更谈不上什么新技术，现在其实在各大酒店和重要场所都在运用这个技术。在我国《公共建筑节能设计规范》（GB 50189-2015）第4.3.13项里也明确规定“在人员密度相对较大且变化较大的房间，宜根据室内CO₂浓度检测值进行新风需求控制，排风量也宜适应新风的变化以保持房间的正压”。但长期以来，这个技术运用的区域和房间的确很少，且随着一些新技术的出现，这个控制方式也逐渐在作出新的演化。之所以今天要重提这个技术，一来是因为个人觉得这个成熟的技术的确有些地方可以值得探讨，二来也是应部分同事的需求。

    现在做项目比较杂，有些同事会把一些气体的浓度探测和这个技术混淆，尤其是会把CO和CO₂两个混淆。这个千万不可以，两者根本就是两个概念。CO₂的浓度探测主要就是用在新风系统的新风量控制以改善室内空气质量，同时达到节能的目的。

    咱们先简单了解下CO₂，二氧化碳是  五毒的，但它不能提供人体呼吸。这是一种令人窒息的气体。因为人呼入的是O₂，吐出的是CO₂，也就是说CO₂对人体而言就是废气。如果房间里有很多人，并且空气没有循环，则空气中的氧含量会相对减少，并且会产生大量的CO₂。CO₂在空气中的含量越高，对人体的影响就越大，CO₂当含量高出0.7％时，人体就会感到不舒服，当超过10％时，人体就会出现昏迷和死亡。因此在人群比较密集的地方，CO₂含量是一个非常重要的参数，直接关系到人体舒适度和安全。

                         二氧化碳含量所产生的影响

    正好，利用上述特性，通过对房间内的CO₂监测去控制调节送入房间的新风量大小，既可以确保房间内的空气品质，满足人体的舒适度，又不会造成房间新风的过量，达到整体节能的目的。所以CO₂传感器在楼宇通风控制中，被广泛应用于机场、办公大楼、购物中心、训练中心、医院、工厂车间、地铁、电影院、酒店的宴会厅等人群聚集娱乐和活动的高级场所。

这种控制方法的是利用设置在回风管中的CO₂传感器来测量CO₂的浓度，并通过A/D 转换，并把二氧化碳的浓度型号转换为电信号或数字信号送入控制器的计算机中，计算机根据预存的程序把这一信号与CO₂的浓度设定值进行比较，并对产生的偏差信号进行PI或PID计算，送出控制信号，再经过D/A转换，作用于新风和回风电动风阀，在调节新风量的同时调节回风量，从而使送风量的变化不影响新风量的调节。这种控制不再局限于很小的新风量，而是基于CO₂浓度为控制目标的新风量随动控制系统，理论上和实践中都证明了这种新风量控制在节能方面的明显优势。如果考虑到室内空气品质的完全控制，在成本允许的条件下，这种控制方案也可以增加 TVOC传感器作为系统的发信器，只需调整控制程序即可。图1就是这种控制的原理方框图。

    有部分环境的空间，是需要房间始终保持温湿度环境下工作，按以往的常规设计，新风量是按照一个固定的设计值进行设计，除非房间内的工作使用人员是固定的，否则如此的新风量设计往往在长时间是偏高的，这样的话势必能源在白白的浪费。所以此时如果将CO₂浓度的监测引入到房间内来更合理的控制新风量，就可以做到事半功倍的节能。图2是此类控制的相关时序图。

    市场上目前所采用的CO₂浓度传感器的类别和品牌相当多，主流市场普遍认为红外线传感器的准确率相对较高，当然价格也是贵不少。还有就是合资品牌和国产品牌在寿命上的区别，好的品牌寿命可以长达15年，差的就不说了。

    随着技术的发展和需求的增长，CO₂传感器空调新风量控制方法也在不断的升级和改进。一类是除了CO₂传感器外，研制更多种类、更完整的VOC传感器，但因为VDC种类太多后对同时控制算法增加了难度，也更复杂，这就会导致控制系统工程中的精度、成本等都难以控制，工作可靠性也下降。另一种是我个人目前非常看好的趋势，随着人工AI技术的发展，传感器联同人移动的探测器，并结合大数据，不但对房间内CO₂浓度作出反馈，同时也对房间内的实际人数作出准确判定。让原本纯被动的探测变为主动结合被动的方式，这样可以更及时更早更准确的去调节新风阀门，房间也可以变为更节能更智能化。

    在此还要提的事，现在此技术在一些普通家庭的装潢改造时也被用于住宅家庭小中央空调的新排风系统中。结合其他传感器，如CO传感器、PM2.5传感器等的联用，在家你既可以实时监测并通过智能家居设备看到房间内的CO₂指数和空气品质，同时也能自动控制家庭的空调通风设备进行必要的空气交换，保持房间内的空气流通。甚至结合智能家居的其他设备、物联网手段等可以让你远程监控屋居内的空气品质。期望随着技术的推广和发展，每家每户都可以成为节能环保舒适的家庭。