Využil jsem možnosti zapůjčení senzoru CO₂ Sensirion SCD30 jeho napojení přes 1-Wire sběrnici na jednotku Poseidon2 a cca 2 měsíce jsem zkoušel monitorovat koncentraci CO₂ v jedné místnosti se spícím osobou a její závislost na tom, zda bylo otevřené či zavřené okno.

CO₂ a člověk či zvíře v uzavřeném prostoru

Dokud se nezačne v uzavřené místnosti skutečně měřit koncentrace CO₂, je možné rozlišit jen různé pocity kvality vzduchu cca ve stupních: čerství vzduch / zadýchaný vzduch / těžký vydýchaný vzduch. Ale často pokud je osoba v uzavření místnosti od doby vyvětrání a čerstvého vzduchu a postupně místnost zadýchává, tedy spotřebovává kyslík O₂ a vypouští CO₂, tak nemusí si zhoršení kvality vzduchu vůbec všimnout a to ani například ráno po probuzení. Pokud si tedy ráno po probuzení člověk cíleně neotevře okno, tak se pak může snadno divit, že zůstává rozespalý a tzv. "nemůže se probudit". Příčina přitom může být velmi jednoduchá, vysoká koncetrace CO₂ díky  přes noc vydýchanému vzduchu.

Člověk produkuje CO₂ při dýchání v množství, které je závislé na charakteru fyzické činnosti. Vydechovaný vzduch obsahuje cca 4 % obj. CO₂ . Vzhledem k tomu, že běžná venkovní koncentrace je cca 0,04% obj., tak bez větrání ve zcela utěsněné místnost s přítomností člověka je postupně přirozeně dýcháním množství CO₂ poměrně rychle zvyšuje. Spící nebo sedící člověk v uzavřené místnost obvykle spotřebuje cca 4 - 6 litrů vzduchu za hodinu.

Jak již bylo blíže popsáno v článku "Kvalita vzduchu v uzavřených místnostech - 7. CO2" , koncentrace přes úroveň 1000 ppm již může být některými jedinci subjektivně označován jako těžký vydýchaný vzduch a rozhodně při soustředěné práci nebo svěžesti po probuzení zrovna nepřispívá. Navíc plyn CO₂ je těžší než vzduch, takže se přirozeně ukládá ve spodní části místnosti, tedy v případě ložnice zrovna v místech, kde se obvykle spí. Samozřejmě rychlost nárustu množství CO₂ je závislá na velikosti místnosti a případně "těsnosti" jejího uzavření. I jen pootevření dveří do další místnosti bez přítomnosti osob či jiných dýkajících živočichů způsobí rozptýlení CO₂  a tedy dočasný pokles lokální koncentrace. 

Při pořízení nebo zapůjčení senzoru CO₂ pak si může již konkrétně vytvořit důkaz, jak moc může koncentrace CO₂ kolísat v závislosti na otevření okna a jak vysokých koncentrací mohou hodnoty dosáhnout.

Senzor koncentrace CO₂ - Sensirion SCD30

Pro měření jsem měl k dispozici senzor Sensirion s označením SCD30 určený výrobcem přímo pro použití v systémech HVAC a v aplikacích s kvalitou vzduchu pro vnitřní použití. Senzor používá NDIR měřící princip, konkrétně realizovaný integrovanou technologií CMOSens®. Ta umožňuje vysoce přesné měření oxidu uhličitého, při malých rozměrech senzoru a za příznivou cenu (princip technologie NDIR najdete v článku Kvalita vzduchu v uzavřených místnostech - 8. Principy senzorů CO2). Pokročilý algoritmus společnosti Sensirion získaný modelováním a kompenzováním externích tepelných zdrojů umožňuje generovat teplotu okolního prostředí bez nutnosti dodatečných součástek. Díky dvoukanálovému principu měření koncentrace oxidu uhličitého provádí snímač automatickou kompenzaci dlouhodobých výkyvů. Spolu s technologií měření NDIR pro detekci CO₂ je na stejném snímacím modulu integrován také snímač vlhkosti a teploty značky Sensirion, který je nejlepší ve své třídě.

Základní parametry senzoru SCD30:

• Snímací technologie NDIR CO₂.
• Integrovaný snímač teploty a vlhkosti.
• Dvoukanálová detekce pro špičkovou stabilitu.
• Rozsah měření: 400 ppm až 10 000 ppm.
• Rozlišení měření: 10 ppm.
• Přesnost: ±30 ppm + 3 %.
• Malé rozměry: 35 mm x 23 mm x 7 mm.

Modul NDIR senzoru koncentrace CO₂ Sensirion SCD30 samostatně a v krabičce osazený na převodníku 1-Wire.

TEST - měření koncentrace CO₂ v místnosti

Pomocí 1-Wire převodníku lze SCD30 senzor připojit i na měřící jednotku HWgroup Poseidon2 a následně dlouhodobě plynule průběžně koncentraci CO₂ měřit a hodnoty ukládat na cloudový server "SensDesk.com". Pak si lze snadno průběh hodnot v každém dni, týdnu či měsíci zobrazit pěkně přehledně v grafu. Z něho pak lze snadno vyhodnotit časová období ideálních a příliš vysokých úrovní koncentrací. 

Senzor Sensirion SCD30 lze přes 1-Wire převodník připojit k jednotce HWg Poseidon2 a tím na cloud SensDesk pro průběžné periodické sbírání naměřených hodnot koncentrací CO₂.

Jak je patrné z níže uvedených grafů, při přes noc zavřeném oknu vždy koncentrace CO₂ postupně vzrostla z koncentrace na úrovni venkovního vzduchu cca 400 ppm až na hodnoty přes 1500 ppm, zatímco samozřejmě při otevřeném okně celou nic se koncentrace stále pohybuje do cca 600 ppm. Úroveň 1500 ppm sice stále ještě není žádná vážná hodnota z pohledu zdraví, ale jak již bylo výše zmíněno, může se projevit horší kvalitou spánku a hlavně pocitu svěžesti a dobré nálady při ranního probuzení. Proto je vždy dobré, pokud to teplotní podmínky jen trochu dovolí, nechávat okno i přes noc alespoň tzv. na větračku otevřené.

Porovnání naměřených hodnot v první polovině června, kdy bylo přes noc okno v ložnici zavřené a hodnoty koncentrace CO₂ pravidelně přes nic "vyskočily" i přes 1500 ppm (červená část je od 1000 ppm výše) - obr. vlevo a průběhy začátkem července, kdy se ve stejné místnosti větralo trvale i přes noc, kdy hodnoty opakovaně nepřesáhly výrazně přes hranici cca 600 ppm - obr. vpravo.

Detaily průběhu koncentrace CO₂ v místnosti během jednoho dne při v noci zavřeném okně (obr. vlevo) a při stejných podmínkách, ale při trvale otevřeném okně (obr. vpravo).

Závěr

Protože koncentraci CO₂ nejsme našimi smysly schopni přesně posoudit, je osobní hodnocení kvality vzduchu je velice nespolehlivé. Lidský organismus přestává koncentraci po určité chvíli vnímat a naše čichové orgány se přizpůsobují prostředí, v němž se vyskytujeme. Proto dlouhodobé kvalitní měření a průběžné monitorování úrovně koncetrace CO₂ může poskytovat i velmi zajímavé až nečekané údaje. A případné automaticky řízené větrání na základě hodnot teploty, vlhkosti, koncentrace CO₂ a případně i TVOC, může v některých případech výrazně zvýšit kvalitu prostředí v místnostech, ve kterých velkou část dne a prakticky i života žijeme. 

V příštích dvou dílech 10 a 11 se pak podrobněji podíváme na vlivy a praktické měření směsi organických těkavých látek ve vzduchu v uzavřených místnostech (tzv. TVOC) podobně, jak byla v 7. a 8. díle rozebrána problematika CO₂.

Portály SensDesk a HWPortal jsou založeny na jednotné platformě, vyvíjené společností HW group. Oba portály poskytují stejné uživatelské funkce a umožňují připojit stejná zařízení. Vyobrazení funkcí a ovládacích prvků, uvedená v tomto článku, odpovídají oběma portálům a liší se pouze v detailech.

Odkazy:

• Webové stránky společnosti Sensirion: https://www.sensirion.com
• Cloudový měřící server SensDesk: http://www.sensdesk.com a HWPortal: http://hwportal.cz
• Webové stránky HW obchodu se senzory a měřícími jednotkami HWg: https://obchod.hw.cz/