Jste zde

Kvalita vzduchu v uzavřených místnostech - VOC index

Antonín Vojáček, 12. Říjen 2020 - 21:45

Někteří výrobci TVOC senzorů a jednotka místo hodnoty koncentrace uvádějí tzv. VOC index. Co konkrétně znamená VOC index a jak se odlišuje od tzv. IAQ indexu? A co konkrétně znamená hodnota CO2ekv. (CO2eq)? To se dozvíte v následujícím článku.

V minulém článku "Kvalita vzduchu v uzavřených místnostech - TVOC" jsme si přiblížili okolnosti, proč je zajímavé měřit organické těkavé látky VOC, resp. jejich celkovou složku TVOC. K celkovému obecnému obrazu týkající se měření a posuzování TVOC nám chybí již jen doplnit a objasnit několik zajímavých oblastí. Jednou z nich jsou alternativní "jednotky" VOC index a CO2ekv.

Co je to VOC index?

Tzv. VOC index je bezrozměrné číslo, které má reprezentovat celkovou kvalitu vnitřního prostředí. Vytváří se jako přepočet z "hrubého signálu" koncetrace naměřené snímací ploškou v senzoru. Obvykle nabývá hodnot v rozsahu 0 až 500 a udává relativní změny koncetrace některých VOC látek.

Hodnoty 0 až 100 obvykle odpovídají čistému vzduchu, hodnoty 100 a 250 ještě odpovídají vyhovujícímu vzduchu a hodnoty nad 250 již vzduchu nekvalitnímu. Do výpočtu hodnot se obvykle zahrnují hodnoty za posledních několik dní. Obvykle je to 1 až 4 dny.

Ukázka popisu VOC indexu v manuálu TVOC senzoru Sensirion SGP40: hodnota okol 100 ukazuje standardně kvalitní vzduch a od cca hodnoty cca 250 se doporučuje vyvětrat.

Stupnice hodnot je počítána jako logaritmus "hrubého" signálu koncentrace naměření snímací částí senzoru, tedy čím větší je hodnota signálu v ppm, tím méně se projeví na stupnici VOC indexu. Typickou hodnotu kvalitního vzduchu pak Sensirion uvádí 100, což má odpovídat průměrné hodnotě skladby koncetrace TVOC za posledních 24 hodin. Hodnoty okolo 250 jako střednědobě zhoršený vzduch a hodnoty na 400 jako již výrazně špatný vzduch.

Naproti domu například firma Unipi, výrobce IAQ měřící jednotky RLW-THC uvádí, že hodnota 25 odpovídá typicky čistému vzduchu a hodnota 250 již typicky znečištěnému vzduchu. Při výpočtu se využívají hodnoty posledních 4 dní. Konkrétní limity a průměrování tedy závisí na softwaru výrobce a tedy je nutné se vždy konkrétně informovat v dokumentaci výrobce, co konkrétně hodnoty VOC indexu v praxi znamenají.

Sensirion například výpočet "svého" VOC indexu přirovnává k funkci čichu lidského nosu, který také časem si "přivyká" na dlouhodobě trvající "smrad", který potom jako by necítí. Proto ji jejich VOC index nereprezentuje absolutní hodnotu TVOC, ale jen relativní změnu vzhledem k posledním 24 hodinám. Pokud je dlouhodobě sensor vystaven nějaké vyšší koncentraci, která pak zmizí, tak senzor potřebuje na ustálení na nové hodnotě 3 hodiny.

Příklad z manuálu Sensirion senzoru SGP40, kde výrobce ukazuje, jak se dlouhodobě zvýšené hodnoty TVOC projeví na průběhu hodnot VOC indexu - prakticky se neprojeví, protože po 24 hodinách je algoritmus senzoru "vynuluje" (přebere jako novou referenční hodnotu).

Řešení Sensirionu je sice zajímavé, ale poměrně krátká době průměrování (1 den) však, dle mého názoru, docela dost omezuje detekce dlouhotrvajících vlivů VOC látek, což je to zásadní z pohledu vlivu na lidský organismus. Krátkodobé / dočasné vyšší koncentrace obvykle lidskému tělu z pohledu jeho poškození příliš nevadí, pokud nejde zrovna o extrémně vysoké hodnoty. VOC index od Sensirionu tak spíše slouží k detekci vhodnosti vyvětrání, pokud si domů přinesete hodně parfémované zboží, použijete aktuálně moc čistidla na podlahu či koupelnu, dezinfekce, nebo se Vám "zblázní" automatický osvěžovač vzduchu. To že Vám dlouhodobě z nového nábytku utíkají nějaké VOC látky například z lepidla, jím tak již zjistíte hůře.

Firma Sensirion přirovnává VOC index k reakci lidského nosu, tedy že se VOC index z dlouhodobého pohledu přizpůsobuje k běžné koncentraci v místnosti a podobně jako lidský čich reaguje jen na změny.

Co je IAQ či AQI index?

K VOC indexu bych měl jednu doplňující poznámku. Někteří výrobci měřících jednotek / krabiček hlídajících celkovou kvalitu vzduchu v místnosti prezentují tzv. IAQ index. Ten má popisovat tak zvaný Indoor Air Quality index (Index kvality vzduchu v místnosti), což má být taková celková snadná indikace celkové úrovně kvality vzduchu pro všechny uživatele, kteří nemají ani ponětí o tom, co se vlastně měří. Nutně tedy nemusí jít jen o detekci přítomnosti VOC látek (TVOC), ale mohou do něj být matematicky zahrnuty i další vlivy dalších plynů, jako např. CO₂ nebo například koncetrace PM prachových částic, ale i dalších parametrů, jakými jsou teplota, vlhkost apod.. Jde tedy o nadřazené indexování proti VOC indexu. Nicméně TVOC v něm mohou mít významný vliv.

Příklady různých IAQ indexů kvality vzduchu v uzavřené místnosti.

Pěkný a podrobný popis vlivů různých parametrů prostředí místnosti na kvalitu IAQ index je popsán v dokumentu IAQ Rating index.pdf . Ale vždy je vhodné u každého zařízení zobrazující IAQ index nebo nějaký jiný index, se v jeho manuálu informovat, co přesně dané číslo označuje a na jaké parametry vzduchu v místnosti skutečně reaguje.

Zde bych ještě upozornil, že existuje i AQI parametr (Air Quality Index), která se však obvykle využívá na indexaci / posuzování kvality vnějšího venkovního vzduchu. Ten tedy vůbec neposuzuje např. TVOC, ale koncentrace CO, NOx, či SO. Opět je tedy si dát pozor, co vlastně nám číslo opravdu říká.

Co je CO2ekv?

Ve spojitosti se MOX/MOS senzory TVOC se můžete setkat i s takovou záhadnou veličinou CO2ekv (či anglicky CO2eq). Jak je možné, že senzor TVOC současně měří CO₂? Zde jde o to, že senzor skutečně přímo neměří koncentraci CO₂, ale prostě přepočítává hrubý naměřený signál algoritmem na tzv. ekvivalent koncentraci CO₂. To je hodnota, která přirovnává vliv / účinek jiných plynných látek na daleko známější hodnoty / vliv CO₂.

Zde se vychází z uživatelsky již ustálené představy, že CO₂ se často používá nejen jako ukazatel koncentrace tohoto konkrétního plynu, ale prostě se všeobecně bere jako ukazatel celkové kvality vzduchu v místnosti. Také se zde využívá faktu, že MOX/MOS technologie senzorů vlastně přímo neměří molekuly VOC, ale fakticky spíše jejich reakce s molekulami kyslíku navázaného na povrchu snímací plošky z oxidu kovu. To ovlivňuje její elektrický odpor / vodivost. Stejný princip se pak používá i pro MOX/MOS senzory CO₂. Ve výsledku se tak nedopustíme až tak příliš velkého pochybení, když se úroveň hrubého signálu snímací plošky místo na úroveň koncentrace TVOC naškáluje na úroveň koncentrace CO₂, tady přesněji řečeno na hodnoty koncentrací odpovídající běžným hodnotám CO₂.

Výsledky porovnání hodnoty CO2ekv z TVOC senzoru (modrá křivka) se skutečnou hodnotou CO₂ naměřenou senzorem NDIR (černá křivka) - zdroj: datasheet TVOC senzoru SGX Sensortech MiCS-VZ-89TE.

Testy porovnání takového CO2eq výstupu s výstupem konkrétního specializovaného NDIR senzoru CO₂ obvykle ukazují, že CO2eq rámcově přibližně kopíruje realitu. Sice není možné se na něj spoléhat na úrovni malých změn koncentrací, ale pokud se CO2eq bere jen jako čistě orientační hodnota, například pro potřeby větrání, tak ji lze akceptovat. Nějaký smysl tedy má. S jedním senzorem můžete dostat jak orientační měření koncetrace TVOC v ppb, tak orientační měření CO₂v ppm. A to pro běžné domácí monitorování není špatné, pokud máte na paměti, že to nelze použít pro přesná měření.

Závěr

Pokusil jsme se v tomto článku trošku vnést více světla do různých alternativních jednotek TVOC senzorů. Já osobně tyto různé "indexy" zrovna moc rád nemám, protože jako technik mám raději jasné měření veličin s konkrétními jednotkami, které mají vždy jasně vypovídající schopnost, co se zrovna naměřilo. Výsledky se pak dají i z dlouhodobého pohledu dobře porovnávat, byť mohou obsahovat i poměrně vysokou nepřesnost měření. S ní však lze, když je známa, nějak kalkulovat a pracovat. Toto v případě hodnoty VOC indexu, který je ke všemu ještě nějak průměrovaný, již je dost obtížné. Také neumožňuje přímo porovnávat hodnoty mezi různými zařízeními, protože každý výrobce může počítat VOC index z tzv. hrubého RAW signálu uvnitř senzoru trochu jinak.