Jste zde

Kvalita vzduchu v uzavřených místnostech - 3. Čím ji měřit?

Antonín Vojáček, 21. Únor 2019 - 21:43

Elektronické senzory plynů samostatně nevyhodnocují výsledky a neumožňují příjemné ovládání. Proto jsou zabudovány do kompletních buď přenosných nebo stacionárních měřících zařízení určené k přímému použití pro měření v místnostech.

Zatímco v 1. dílu "Kvalita vzduchu v uzavřených místnostech - 1. Co sledovat a měřit ?" jsem si představili, jaké plyny je dobré v místnostech sledovat, v 2. dílu "Kvalita vzduchu v uzavřených místnostech - 2. Jak ji měřit? " jsme si představili základní / nejběžnější principy měření koncentrací plynů.

Nastíněné chemicko-fyzikální principy se pak využívají v konstrukci senzorů, které převádějí koncentraci daných plynů na elektrický signál, případně již datové hodnoty (čísla koncentrace). Pro jednoduché uživatelské použití však je nutné tyto senzory zabudovat do obslužné vyhodnocovací elektroniky, což je forma senzoru nadřazeného systému, který zpracuje, vyhodnotí a vhodně zobrazí či zaznamená stav kvality vzduchu. V tomto případě již tu jde o komplexní měřící zařízení vhodné k přímému použití i běžnou obsluhou velkých technických znalostí samotné vnitřní funkce systému.

Rozdělení měřících jednotek kvality vzduchu / koncentrace plynů

Pro větší přehlednost sortimentu měřících jednotek kvality vzduchu v místnostech (uzavřených prostorách) je možné si je rozdělit do několika skupin:

Podle flexibility použití:
- Přenosné / ruční - většinu času přenášené nebo snadno zapojitelné / odpojitelné.
- Stacionární - trvale připevněné a připojené.
Podle měřitelnosti složek vzduchu:
- Kombinované (tzv. IAQ) - jedno zařízení měří / vyhodnocuje celkovou kvalitu vzduchu (tj. současně více plynů nebo celou směs plynů).
- Selektivní - jedno zařízení měří / kontroluje jen jednu nebo max. několik určitých složek / plynů obsažených ve vzduchu.

Příklad provedení měření kvality vzduchu v interiérech prostřednictvím stacionárních jednotek (obr. vlevo) a přenosných jednotek (obr. vpravo).

Měřící jednotky přenosné / stacionární

Volby jednotky přenosné nebo stacionární se obvykle řídí konkrétní aplikací / potřebou, pro kterou se koncentrace plynů či kvalita vzduchu vyhodnocuje.

Stacionární měřící jednotky v místnostech (uzavřených prostorách) obvykle slouží pro potřeby trvalého průběžného měření a kontroly celkové kvality vzduchu nebo přítomnosti jednotlivých konkrétních složek plynů ve vzduchu v místnosti za účelem buď automatického řízení ventilační soustavy (klimatizace, otevírání oken, bezpečnostních poklopů apod.) nebo trvalého monitorování s bezpečnostním hlásicím systémem při překročení limitních hodnot. Do této kategorie lze započítat různé průmyslové či na v místnostech na zdi trvale přimontované jednotky, které jsou trvale připojené k napájení.

Přenosné jednotky, ve většině případech dnes ruční měřící přístroje, slouží naopak hlavně pro jednorázové či "jednou za čas" opakované kontroly kvality vzduchu / nebezpečné koncentrace látek převážně pro hygienické účely, případně i kontroly / kalibrace stacionárních měřáků.

Do obou kategorií lze pak zahrnout různé levné kancelářské jednotky, které umožňují jak použití pro trvalé monitorování, tak je lze snadno přenést. Mezi takové například patří stále populárnější USB monitorovací jednotky pro připojení USB portů PC (převážně jen pro měření koncentrace CO₂) nebo bateriově napájené jednotky na stůl provádějící obvykle celkové monitorování kvality vzduchu jako celek.

V různých částech dobu či bytu je někdy vhodné se zaměřit na monitorování rozdílných složek vzduchu.

Měřící jednotky kombinované - IAQ zařízení

Nezávisle na tom, zda jde o jednotky stacionární či přenosné, je možné v sortimentů různých výrobců nalézt širokospektré jednotky obvykle vyhodnocující kvalitu vzduchu v místnosti jako celek pro které se začalo napříč výrobci používat označení IAQ (z anglického Indoor Air Quality = Kvalita vzduchu v místnosti). Takto označené jednotky obvykle jsou nejběžnější a tvoří základní řadu jak stacionárních, tak ručních přístrojů pro použití v domácnostech. Nicméně někdy se pod IAQ označuje i jen samotná snímací část (modul) teprve určený pro zástavbu do nějakého celku (krabičky). Nicméně zde budu pod zkratkou IAQ uvažovat již kompletní zapouzdřené měřící zařízení.

V případě stacionárního provedení je obvykle o "plastovou" krabičku pro trvalé upevnění na zeď v kontrolované místnosti s trvalým připojeným napájením a s nějakým akustickým alarmem překročení limitů, displejem pro zobrazení stavu nebo často bezdrátovým přenosem údajů do nějaké nadřazené domácí jednotky nebo počítače. V případě přenosné provedení jde o obvykle o nějakou bateriově napájenou krabičku s malým displejem ukazující aktuální stav přizpůsobenou buď pro postavení na stůl.

Základní nejlevnější jednotky ani nezobrazují ani jednotlivé koncentrace těchto složek, ale jen komplexně indikují ve formě procent či porovnávací úrovně aktuální stav, případně časový vývoj. Lepší (kvalitnější / dražší jednotky) pak opravdu ukazují koncentrace uvedených složek spolu s limitními hodnotami. V obou případech však zahrnuje hlavně měření překročení nebezpečných úrovní směsi organických těkavých plynů VOC (někdy označené jako TVOC - Total VOC - vnitřní celkové těkavé látky), což je pro interiéry takový základ, protože do této skupiny patří mimo CO, CO₂ a NOx všechny ostatní v interiérech sledované plyny. Zde se obvykle využívá PID senzoru, který je nenáročný na provoz (údržbu). Pokud jednotka využívá pro VOC již MOS senzory, tak případně se současně kontroluje i CO v rámci použitého stejného senzoru.

Příklad vhodnosti použití IAQ měřících zařízení firmy AirSens pro různá prostředí.

Problematické je to v tomto směru z měřením CO₂. Tento plyn totiž nelze současně měřit stejným senzorem, jako VOC, takže buď se setkáte s IAQ měřáky, které měří jen CO₂ nebo jen VOC, nebo pokud měří oboje, jsou již vybaveny dvě senzory (obvykle PID pro TVOC a NDIR pro CO2). V případě měření těkavých plynů VOC se však ve většině případů měří a indikuje jen jako soubor všech plynů (tj. TVOC), které do této kategorie spadají a tedy nelze rozlišit, jaké konkrétní VOC plyny se konkrétně podílejí na hodnotě koncentrace např. zda Formaldehyd, Naftalen, Benzen, Tetrachlorethylen apod.).

Shrnuto: Pod zkratkou IAQ obvykle výrobci nabízí kompletní měřící / kontrolní jednotku přítomnosti nežádoucí či až nebezpečné úrovně složek vzduchu v místnostech. Levná zařízení obvykle indikují jen stav dobrá / střední / špatná úroveň, případně jakou formu sloupcového grafu (bargraf) bez konkrétních jednotek koncentrace. Kvalitnější dražší zařízení již někdy ukazují i konkrétní hodnoty koncentrací.

Základní jednotky jen s jedním senzorem obvykle kontrolují jen směs organických těkavých látek VOC (tj. TVOC), případně CO + TVOC, nebo jen CO₂ . Pouze zařízení / jednotky uvnitř s více senzory jsou schopny kontrolovat celé spektrum kvality vzduchu, tedy CO+CO₂+TVOC (2 nebo 3 senzory) nebo dokonce i CO+CO₂+NOx+TVOC (3-4 senzory). Pří nákupu rozhodně doporučuji koupit zařízení měřící alespoň TVOC plyny, ideálně však IAQ měřící TVOC, CO i CO₂ . Jednotka měřící pouze CO₂ , není sama o sobě příliš užitečná, protože oxid uhličitý je nejméně zdraví škodlivý plyn, protože v běžných obytných prostorách se neočekávají životu nebezpečné vysoké koncentrace a při nižších koncentracích způsobuje jen únavu.

Měřící jednotky selektivní

Méně běžné, ale o to kvalitnější z pohledu přesnosti měření, jsou pak selektivní měřící jednotky. Ty, narozdíl od IAQ zařízení, měřící / vyhodnocující koncentraci jen určitých konkrétní plynů (složek vzduchu), přičemž ostatních složek si nevšímají. A to i v případě organických těkavých látek VOC.

Pro tento účel jsou vždy vybaveny na daný konkrétní plyn specializovaný senzor, a ostatních složek si pak nevšímají (více méně). V případě VOC pak sice někdy také používají univerzální PID senzor (podobně jako u IAQ), ale již pak bývá konkrétně kalibrována na danou látku a ne kalibrován univerzálně isobutanem.

Tyto jednotky pak sice nejsou vhodné pro celkovou kvalitu vzduchu, ale slouží v případně problémů s nebezpečným výskytem určitých složek ke konkrétnímu dohledání zdroje a přesnému monitorování koncentrace. Selektivní přístroje jsou totiž konstruovány s ohledem na co největší potlačení vlivu ostatních plynů vzhledem ke konkrétnímu měřenému, čímž lze narozdíl od IAQ měřáků získat výrazně přesnější a věrohodné údaje, které již lze použít pro oficiální kontroly, audity, protokoly a výzkumy. Tyto zařízení jsou pak tedy hlavně určeny již pro odborné použití a zde je naopak z pohledu použitých senzorů vyžadován přesný opak než u IAQ zařízení. Tedy použití takového principu senzoru, který bude co nejcitlivější k cílovému plynu a co nejméně citlivý na jiné plyny. Často se proto také využívají na provoz náročnější typy senzorů, například chemické senzory, které mají jen omezenou životnost (obvykle 1 až 2 roky) a vyžadují častou kalibraci.

Příklad provesionální příruční měřící sady Aeroqual a možnosti změny měřené složky dle volby senzorové hlavice.

Selektivní jednotky se vyrábějí i jako stacionární, využívané hlavně v průmyslu pro sledování konkrétních plynů v rizikových výrobách, kde je velké riziku úniku nějakých konkrétních látek, i jako přenosné, obvykle využívané pro kontrolní monitorování v průmyslu při auditech nebo pak všude pro vyhodnocen.

Shrnuto: Měřící zařízení určená pro přesná a spolehlivá měření jen určitých konkrétních druhů plynů jsou již hlavně určena pro profesionální použití buď v průmyslu nebo pro odborná kontrolní měření pro různé posudky a audity. Pro běžné použití pro kanceláře, obchodní nebo bytové prostory se příliš nehodí, protože v nich obvykle předem není přesně definován konkrétní zdroj jen jednoho či jen maximálně několika druhů plynů a tedy je vhodné detekovat více složek vzduchu současně. Navíc specializovaná měřící zařízení již bývají i výrazně dražší než standardní IAQ.

Kombinované / selektivní měřící zařízení Aeroqual Series 500

Pěkným příkladem současně kombinovaného i selektivního ručního měřícího přístroje pro vnitřní prostory je například výrobek novozélandské společnosti Aeroqual s označením Series 500. Ten obsahuje jednu univerzální vyhodnocovací jednotku, do které se dají zasunout až 28 různých měřících "hlavice obsahující různé typy senzorů reagující na různé plyny. Zařízení může v sobě uložit až 8188 hodnot naměřené koncentrace, které lze stáhnout do počítače prostřednictvím PC softwaru poskytovaný zdarma. Hodnoty lze také vyexportovat do Excelovské tabulky. K měřeným hodnotám lze již v přístroji přiřadí ID číslo místa a zařízení pro jasnou pozdější identifikaci vzorků.

Na displeji zařízení lze nastavit i horní a spodní limit pro kontrolní měření a také, byť je Series 500 ruční přenosný přístroj, je zde k dispozici analogový výstup 4-20mA pro připojení na jiné záznamové zařízení a lze jej použít tedy i jaky dočasný stacionární měřič.

Zařízení lze snadno kalibrovat změnu hodnoty nuly a strmosti (korekce nepřesnosti měření).

Tabulka sortimentu vyměnitelných hlavic - senzorů pro různé plyny a měřící rozsahy pro zařízení Aeroqual Series 500.

Závěr

Volba konkrétního měřící zařízení pro kontrolu kvality vzduchu v uzavřených místnostech (IAQ) je závislá na konkrétních požadavcích / aplikaci či výši rizika nebezpečí výskytu již zdraví nebezpečných koncentrací plynů.

Pro potřeby průběžné kontroly stavu vzduchu v kancelářích či domácnostech je výhodné použít nějaké kombinované IAQ zařízení s více senzory umožňující současně hlídat celé spektrum plynů. Tedy nejen směs těkavých látek TVOC, které vznikají při kouření, unikají z čistících přípravků či lepidel a impregnací nábytku, ale v kancelářích či učebnách rovnou i oxid uhličitý CO₂ pro vhodné časování větrání a v místnostech s krbem či v kuchyních pak i množství oxidu uhličitého CO. Moderní jednotky pak již umí i informace přes svůj web server a WiFi bezdrátově sdílet na PC, tablety či telefony nebo v případě zapojení a automatizované domácnosti i například automaticky řídit větrání. Stále častěji pak také bývají kombinovány s měřením teploty a vhlkosti do podoby multifunkční měřící stanice. Podobné IAQ jednotky jsou dnes již i součástí i kvalitních klimatizací.

Zařízení specializované jen na měření koncentrace jedno či jen několik konkrétních plynů jsou pak hlavně určeny pro potřeby přesných kontrol, auditů a posudků a v průmyslu pak do výrobních prostor, kde hrozí vysoké riziko úniku vysokých nebezpečných koncentrací určité konkrétní látky.

V příštím 4. díle se podíváme na některé zatím méně běžné a nově vyvíjené principy senzorů plynů, které by měli zlepšit přesnost, citlivost, selektivitu i rozsah měření koncentrace.