Управление вентиляцией по датчику CO₂: как поддерживать свежий воздух и экономить энергию

Если утром в спальне тяжело проснуться, появляется ощущение духоты, уровень CO₂ ночью превышает 1200 ppm — проблема чаще всего не в кислороде, а в недостаточном воздухообмене. Поэтому современные системы вентиляции всё чаще работают по сигналу датчика углекислого газа.

Вентиляция по датчику CO₂ — это система автоматического регулирования воздухообмена, которая изменяет производительность вентиляционной установки в зависимости от концентрации углекислого газа в помещении.

Когда в комнате находится много людей, уровень углекислого газа растёт. Датчик фиксирует изменение концентрации и передает сигнал системе автоматики. В зависимости от значения вентиляционная установка увеличивает подачу свежего воздуха. Когда людей становится меньше и уровень CO₂ снижается, мощность воздухообмена также уменьшается.

Главное преимущество такого подхода в том, что система подаёт ровно столько воздуха, сколько необходимо в конкретный момент времени.

Зачем контролировать уровень CO₂

Углекислый газ является одним из основных индикаторов качества воздуха в помещениях.

Повышенная концентрация CO₂ ухудшает самочувствие, снижает концентрацию внимания, вызывает сонливость, ощущение духоты и также может сопровождаться:

• быстрой утомляемостью;
• сухостью слизистых;
• ухудшением качества сна и т.д.

Какой уровень CO₂ считается нормальным

Концентрацию углекислого газа измеряют в ppm, что означает количество кубических сантиметров вещества на 1 миллион кубических сантиметров воздуха. Например, значение 800 ppm указывает на то, что в 1 миллионе см³ воздуха содержится 800 см³ CO₂.

В жилых помещениях обычно стремятся поддерживать концентрацию CO₂ не выше 800–1000 ppm. Именно этот диапазон многие специалисты считают верхней границей комфортного качества воздуха. При этом наружный воздух обычно содержит около 420–550 ppm.

Что влияет на концентрацию CO₂

На изменение уровня углекислого газа в помещении влияют:

• Количество людей. Чем их больше в помещении, тем выше концентрация CO₂.
• Эффективность вентиляции. Если её недостаточно или она неисправна, то мощности для своевременного удаления углекислого газа и подачи свежего воздуха не хватит.
• Площадь помещения. В маленьких пространствах диоксид углерода накапливается быстрее, чем в больших.
• Дополнительные источники. Некоторые бытовые приборы, например, газовые плиты, выделяют дополнительное количество CO₂.

Для поддержания концентрации диоксида углерода на комфортном уровне ГОСТ предполагает наличие правильно организованной системы воздухообмена и её своевременное техническое обслуживание.

Как её измерить

Уровень CO₂ можно проверять по стационарному датчику в комнате. Чаще всего такие держат в спальне, детской комнате, кабинете и гостиной на столе, то есть примерно на уровне 1,1-1,7 м от пола для точности данных и чтобы вовремя открыть окно на проветривание, если вентиляция не предусмотрена в доме.

В случае с таким способом надо постоянно проверять значение датчика и учитывать, что он не должен находиться:

• возле окон;
• рядом с приточными вентиляционными решётками;
• около дверей;
• под прямыми солнечными лучами;
• возле отопительных приборов.

При проектировании жилых домов датчик чаще всего устанавливают именно в спальне или гостиной, поскольку в этих помещениях люди проводят больше всего времени и там быстрее всего растёт концентрация CO₂ ночью или при приёме гостей.

Современные технологии позволяют автоматизировать регулирование воздухообмена. Вентиляционные системы с датчиком CO₂ могут настраивать его в зависимости от уровня углекислого газа в воздухе.

Как работает вентиляция по CO₂

Способов организации вентиляции с регулировкой в зависимости от углекислого газа два:

• С датчиком в одном оборудовании. При таком варианте датчик углекислого газа может находиться в приточно-вытяжной или вытяжной установке в вытяжном канале, а поток, который измеряет датчик CO₂, вытягивается со всех помещений и смешивается в магистральном воздуховоде. То есть в вытяжном канале анализируется общая концентрация, смешанная для всех помещений. Например, если в небольшой комнате уровень углекислого газа высокий, а в более крупной комнате, где людей нет, он низкий — показания датчика будут усреднены.
• С датчиками и заслонками по всем помещениям. Этот способ называется VAV-системой и позволяет регулировать воздухообмен по каждой комнате отдельно за счёт автоматического изменения положения воздушных заслонок. На практике она особенно эффективна в больших домах, где спальни, кабинет и гостиная используются в разное время суток.

При этом алгоритм работы одинаковый:

1. датчик измеряет концентрацию углекислого газа;
2. контроллер сравнивает полученные данные с заданным порогом;
3. при превышении установленного значения увеличивается расход воздуха;
4. после снижения концентрации производительность вентиляции снижается.

Плюсы такой системы в том, что человеку не нужно думать о воздухообмене и изменении параметров установки вручную. Кроме того, система работает энергоэффективнее, так как в случае низкой концентрации углекислого газа в воздухе она переходит на меньшую мощность.

То есть вне зависимости от количества людей в помещении и их рода деятельности, воздухообмен будет корректироваться автоматически.

Почему управление по CO₂ эффективнее работы по расписанию

Многие вентиляционные системы работают по таймеру: днём установка работает на 70%, ночью на 30% или в зависимости от дня недели.

Такой подход прост и очень полезен, если он используется, например, в ресторанах. Так можно настроить повышение производительности оборудования на период часа пик. Однако если что-то пошло не так и люди не пришли в заведение, то работа системы будет избыточной, ведь она не знает, сколько людей находится в помещении.

То есть если жильцы ушли из дома, вентиляция продолжит работать без необходимости, а если собрались гости, воздухообмена может оказаться недостаточно.

Сравним оба подхода:

Преимущества и особенности вентиляции по датчику CO₂

• Комфортный микроклимат. Система поддерживает необходимое качество воздуха независимо от количества людей в помещении.
• Экономия электроэнергии. Вентиляционная установка работает только тогда, когда это действительно необходимо. При переменной загрузке здания снижение энергопотребления может достигать 30–50%.
• Продление срока службы оборудования. Уменьшается время работы вентиляторов на максимальной мощности.
• Полностью автоматическая работа. Пользователю не требуется менять режимы вручную.

Несмотря на эффективность технологии, важно учитывать несколько особенностей:

• Необходим правильный монтаж. Ошибки при выборе места установки датчика могут привести к некорректным показаниям.
• Для больших объектов требуется несколько датчиков. Один датчик не способен объективно контролировать качество воздуха во всех помещениях дома или офиса.
• Необходима качественная автоматика. Эффективность управления зависит не только от датчика, но и от производительности вентиляционной установки.

Как рассчитать воздухообмен для поддержания уровня CO₂

На итоговый объём CO₂, выдыхаемого человеком, влияют:

• Метаболизм. У людей с более быстрым обменом веществ выделение будет выше.
• Возраст и масса тела. С возрастом обмен замедляется, но масса тела может компенсировать это различие.
• Интенсивность нагрузки. Чем тяжелее физическая работа, тем больше дыхательных движений и, соответственно, выделяется CO₂.

Однако необходимо учитывать ещё и окружение, в котором находится человек:

• Уличный фон. В мегаполисе уличный воздух уже содержит больше CO₂, поэтому для достижения комфортной концентрации углекислого газа в помещении может потребоваться чуть больший приток, чем в пригороде.
• Объём помещения. Если комната очень маленькая, даже рассчитанного воздухообмена может не хватить — локально концентрация будет расти быстрее из-за малого объёма поступающего воздуха.
• Другие источники. Иногда в помещении есть и другие источники CO₂, например газовая плита, котёл или камин, тогда норму свежего воздуха также необходимо повышать.

А значит для корректных вычислений необходимо выявить следующие параметры:

• концентрация углекислого газа на улице;
• расписание пребывания людей в помещениях и тип их физической активности;
• необходимый уровень CO₂ в помещении.

Таблица 1 — Примерные значения концентрации углекислого газа на улице в ppm, X₁

Стоит учитывать, что концентрация CO₂ на улице постоянно растёт и она сильно зависит от времени суток, интенсивности движения, направления ветра, времени года, близости котельных и ТЭЦ.

Поэтому при расчёте вентиляции рекомендуется использовать измеренное значение наружного воздуха или принимать его в диапазоне 430–500 ppm в зависимости от условий эксплуатации.

Таблица 2 — Количество CO₂, выделяемое одним человеком в л/ч, G

Формула для расчёта необходимого воздухообмена: L = (G × 550) / (X₂ — X₁), где

• L — нужный воздухообмен (м³/ч);
• G — выделение CO₂ (л/ч);
• X₂ — допустимая концентрация CO₂ в помещении, например, 600 ppm;
• X₁ — концентрация CO₂ в приточном (уличном) воздухе.

Пример расчёта воздухообмена в помещении для 3 человек

Исходные данные:

• кол-во людей: 3;
• выделение углекислого газа одним человеком: 18 л/час;
• допустимая концентрация CO₂ внутри: 600 ppm;
• концентрация диоксида углерода в наружном воздухе по показаниям датчика: 511 ppm.

Вычисление: (18×550)/(600-511) = 111,24 на одного человека.

То есть для троих человек потребуется воздухообмен в размере 333,72 = 334 м³/ч, следовательно, для данного помещения подойдёт приточно-вытяжная или приточная установка производительностью от 350 м³/ч.

Однако если подобрать установку с производительностью значительно ниже расчётной, автоматика уже не сможет поддерживать заданную концентрацию CO₂ даже при работе оборудования на максимальной мощности.

Если составить график работы оборудования на протяжении суток, то станет понятно, как меняется воздухообмен, в зависимости от выделения CO₂ в квартире.

Как видно на диаграмме, изменения в подаче и выведении воздуха в течение дня весьма существенны. Система постоянно его регулирует, практически не имея на графике «полок». При этом, если вентиляционная установка подобрана верно, то значение CO₂ в квартире будет неизменно.

Типовые сценарии применения: где имеет смысл использовать вентиляцию по CO₂

Когда управление по CO₂ бесполезно

Несмотря на эффективность технологии, её применение не всегда оправданно. Для помещений со стабильно высоким или низким трафиком, такая система будет избыточна, например:

• в серверной;
• на складе;
• в производственных помещениях и т.д.

Как выбрать вентиляционную систему с управлением по CO₂

При выборе оборудования стоит обращать внимание на несколько параметров:

• поддержку датчиков CO₂;
• возможность плавного регулирования производительности;
• наличие автоматики;
• возможность подключения нескольких датчиков;
• удалённый мониторинг и управление оборудованием.

Современные вентиляционные установки с интеллектуальной автоматикой способны самостоятельно поддерживать комфортный уровень CO₂ без участия пользователя.

Это позволяет обеспечивать одновременно высокий уровень комфорта, энергоэффективность и оптимальное качество воздуха в помещении.

Часто задаваемые вопросы о вентиляции по CO₂

Какой уровень CO₂ должен быть в квартире?

Для комфортного проживания рекомендуется поддерживать уровень до 800 ppm.

Нужен ли датчик CO₂ в спальне?

Да, так как в спальнях концентрация углекислого газа чаще всего превышает комфортные значения ночью.

Можно ли использовать один датчик на весь дом?

Для небольших квартир иногда это возможно, однако для домов и больших объектов рекомендуется устанавливать несколько датчиков.

Что лучше: управление по датчику влажности или CO₂?

Для жилых помещений датчик CO₂ обычно обеспечивает более точный контроль качества воздуха.

Экономит ли управление по CO₂ электроэнергию?

Да, так как вентиляция работает только при необходимости, что позволяет снизить эксплуатационные расходы.