magyar elektronika

Hírlevél

Tájékozódjon legfrissebb cikkeinkről, híreinkről!

Valós email cím megadása kötelező

Invalid Input

Invalid Input

 

 

EBV lidA beltéri klíma kulcsszerepet játszik az egészségvédelemben, mivel a kórokozók a lakó- és irodaházakban jellemző légcserearányok mellett órákig a helyiségekben maradnak. A levegő minőségének figyelemmel kísérésére és ellenőrzésére az Infineon új XENSIVTM PAS CO2 érzékelői pontos, költséghatékony és helytakarékos megoldásokat kínálnak.

 

 

 

A jelenlegi statisztikák szerint az emberek idejük csaknem 90%-át zárt térben töltik, miközben egyes szennyező anyagok koncentrációja beltérben gyakran 2–5-ször magasabb, mint a jellemző kültéri koncentráció. A CO2-koncentráció a levegőminőség egyik legfontosabb mutatója, és minél magasabb az érték egy épületben, annál kevésbé lesz kényelmes a benne tartózkodó emberek számára. A rosszul szellőző helyiségekben a CO2-koncentráció gyorsan növekszik. Például egy körülbelül 4 m2-es térben, ahol csak egy személy tartózkodik, a CO2-érték 500 ppm-ről (0,05%) több mint 1000 ppm-re (0,1%) emelkedik mindössze 45 perc alatt. Ezen a szinten a szagtalan és színtelen gáz fejfájást, álmosságot és gyenge koncentrációt okozhat, ami gyakran a termelékenység csökkenéséhez vezet. 2000 ppm-től (0,2%) már az emberek kognitív képességeit is befolyásolja, és ennél magasabb szinteknél már jelentős egészségügyi kockázatot jelent (1. ábra).

 

EBV 1

1. ábra A CO2 azért fontos, mert a 2000 ppm feletti szintek jelentősen befolyásolják a kognitív funkciókat

 

 

A beltéri CO2-koncentráció azonban más egészségügyi kockázatokat is rejt magában. Nagy mennyiségű kilélegzett CO2 esetén nagy mennyiségű aeroszol is keletkezik. Az aeroszolok magas koncentrációja növeli a fertőzés kockázatát a helyiségben tartózkodók számára. Különösen a Covid-19 idején vált ez döntő fontosságúvá az irodákban, iskolákban, üzletekben és egyéb zárt terekben. Amikor egy a koronavírussal fertőzött személy köhög, beszél vagy tüsszent, cseppekből és aeroszolokból álló permet keletkezik, amely behatol a helyiség levegőjébe, majd terjed. A rosszul vagy nem szellőztetett beltéri helyiségek növelhetik a Covid-19 aeroszolos átvitelének valószínűségét. A beltéri klíma kulcsszerepet játszik az egészségvédelemben, mivel a kórokozók a lakó- és irodaházakban jellemző légcserearányok mellett órákig a helyiségekben maradnak (2. ábra).

 

EBV 2

2. ábra A CO2 (bal oldali tengely) és az aeroszolok (jobb oldali tengely) koncentrációjának növekedése egy osztályteremben két tanítási óra alatt, szünettel együtt

 


A levegőminőség ellenőrzésére és szabályozására az Infineon új XENSIVTM PAS CO2 érzékelőihez hasonló innovatív CO2-érzékelők (3. ábra) pontos, költséghatékony és helytakarékos megoldásokat kínálnak. Ezek optimalizálhatják a helyiségek levegőminőségét az egészségesebb és produktívabb beltéri élet- és munkakörülmények érdekében.

 

EBV 3 JAV

3. ábra A XENSIVTM PAS CO2-érzékelő mérete mindössze 13,8 × 14 × 7,5 mm

 


A megbízható CO2-ellenőrzés nemcsak a Covid-19 szempontjából fontos, hanem hasznos az általános jólét és a termelékenység szempontjából is, amikor beltérben töltjük az időt. A CO2-érzékelők használhatók a szén-dioxid-koncentráció, és ezáltal a beltéri levegő minőségének mérésére. A környező levegő minőségének javítása, és ezáltal az emberek beltéri komfortérzetének és termelékenységének növelése érdekében azonban megbízhatóbb és megfizethetőbb CO2-érzékelőkre van szükség. Jelenleg két lehetőség van: a pontos, de terjedelmes és drága érzékelők, valamint a kicsi, de pontatlan érzékelők, amelyek durván becsült, a megfelelő szabályozásra alkalmatlan értékeket szolgáltatnak.
A XENSIVTM PAS CO2 érzékelő ezzel szemben ideális az alkalmazások széles spektrumához, és pontos eredményeket biztosít kompakt formában.

 

Energia- és költségmegtakarítás a levegő szabályozásával

A szellőztetőrendszer nem csak az emberi jólétet szolgálja. A lakó- és kereskedelmi épületek hatékony légszabályozása energiát takaríthat meg, ami egyúttal csökkenti a megfelelő költségeket és a CO2-kibocsátást. A szellőzést is vezérlő, hatékony épületautomatizálással, az úgynevezett igényvezérelt szellőztetéssel (DCV) az épületek energiafogyasztása akár 20%-kal is csökkenthető. Ha az épületeket kezdettől fogva megfelelően tervezik, építik és működtetik – például DCV-vel –, akkor az épületek energiahatékonysága akár 30%-kal is növelhető, csökkentve a fűtési, szellőzési és légkondicionálási (HVAC) energiaszámlát. Ez pedig lehetővé tenné a teljes energiaigény csökkentését, ami egyrészt megoldaná az energiahiány globális problémáját, másrészt csökkentené a környezetet fenyegető veszélyt.

 

A CO2-érzékelők lehetséges alkalmazásai

A CO2-érzékelők által mért adatok sokféleképpen felhasználhatók. Egy DCV-ben a HVAC-rendszerek az értékeket arra használják, hogy a helyiségben lévő levegő keverékét automatikusan a külső levegőhöz igazítsák a célzott alkalmazási követelményeknek megfelelően. Ezáltal a beltéri CO2-koncentrációt egy meghatározott értéken tartják – például 1000 ppm alatt, a lakóépületek szellőzéséről és elfogadható beltéri levegőminőségéről szóló ASHRAE-szabvány szerint. Tekintettel a CO2-érzékelés egészségre és a fertőzésveszély csökkentésére vonatkozó előnyeire, a CO2-érzé­kelők széles körű elterjedésére lehet számítani. Erre példa az úgynevezett CO2-jelzőfény; a készülék figyelmezteti a bent tartózkodókat a magas CO2-szintre, és ezáltal az aeroszolok magas koncentrációjára, ami egyértelmű jelzés a helyiség szellőztetésének szükségességére. Ezeket az érzékelőket felhőhöz kapcsolódó érzékelőhálózatba lehet szervezni a megoldásokhoz, valamint az adatintelligencia és a távoli hozzáférés érdekében.
A CO2-érzékelőknek számos más felhasználási lehetősége is van. A kis méretű CO2-érzékelők alkalmasak olyan alkalmazásokhoz, mint az intelligens otthoni asszisztensek és IoT-eszközök, például légtisztítók és termosztátok. A jövőben más alkalmazások is követhetik őket, például csecsemőfelügyelet, élelmiszer-minőségellenőrzés, fitness-követés és a mezőgazdaság követése.

 

A meglévő megoldások korlátai

A nem diszperzív infravörös (NDIR) érzékelőket manapság gyakran használják az épületautomatizálásban. Ezek egy infravörös fényforrásból, egy mintakamrából, egy spektrális szűrőből, valamint referencia- és abszorpciós infravörös érzékelőkből állnak, ezért viszonylag nagyok és drágák. Bár valódi és pontos CO2-mérést biztosítanak, formájuk miatt nehezen integrálhatók, ami viszont alkalmatlanná teszi őket a kis IoT-eszközökbe vagy intelligens otthoni komponensekbe való beépítésre.
A különböző beltéri szennyeződéseket az úgynevezett eCO2-érzékelők is érzékelhetik, de az NDIR-érzékelővel ellentétben ezek nem végeznek valódi méréseket. Ehelyett algoritmusok segítségével kiszámítják az egyenértékű CO2-értéket. Ezek az érzékelők becsült értékeket szolgáltatnak, amelyek számos feltételezésen alapulnak – például azon, hogy hány ember van jelen, mint a növekvő CO2-terhelés okozója. Ezzel a módszerrel a levegőminőség nem mindig a megfelelő pillanatban javul, ami azt jelenti, hogy a klímaberendezés feleslegesen nagy mennyiségű energiát fogyaszt. A piacon jelenleg nem állnak rendelkezésre olyan hasonló megoldások, amelyek egyszerre biztosítanak pontos és valós CO2-mérést, valamint kis méretűek és költséghatékonyak.

 

CO2-érzékelő fotoakusztikus spektroszkópiával

A mikroelektromechanikus rendszerek (MEMS) technológiájában szerzett tapasztalatának és vezető pozíciójának köszönhetően az Infineonnak sikerült kifejlesztenie egy új, fotoakusztikus spektroszkópián (PAS) alapuló CO2-érzékelőt (4. ábra). A PAS-módszer az Alexander Graham Bell által 1880-ban felfedezett fotoakusztikus hatáson alapul. Az Infineon átfogó és folyamatosan bővülő szabadalmi portfólióval rendelkezik a PAS-technológia területén, az érzékelő tervezésétől a rendszer megvalósításáig. A módszer azt a tényt használja ki, hogy a gázmolekulák csak meghatározott hullámhosszúságú fényt nyelnek el. A CO2 esetében ez a hullámhossz 4,2 μm. Gyors egymásutánban egy optikai szűrővel ellátott infravörös forráson keresztül pontosan ezen a hullámhosszon fényt – azaz energiát – juttatnak a gázba. A gyors felmelegedés és lehűlés miatt ez viszont hőtáguláshoz, illetve összehúzódáshoz vezet, ami nyomásváltozást generál, amit egy alacsony frekvenciákra optimalizált akusztikus detektorral lehet rögzíteni. A jelet ezután kiértékelik, és következtetéseket vonnak le belőle a CO2 mennyiségére vonatkozóan. Minél erősebb a jel, annál magasabb a CO2-koncentráció. A nagy érzékenységű MEMS akusztikus eszköz nyomásérzékelőként működik, továbbá detektorként szolgál, ami jelentős miniatürizálást tesz lehetővé.

 

EBV 4

4. ábra A fotoakusztikus spektroszkópia (PAS) elve

 


Az Infineon CO2-érzékelő egy fotoakusztikus jelátalakítót, egy detektort, egy infravörös forrást és egy optikai szűrőt integrál egy kis NYÁK-on. Az érzékelő egy mikrokontrollert használ a fedélzeti jelfeldolgozáshoz, kifinomult algoritmusokat és egy MOSFET-et az infravörös forrás működtetéséhez.

 

A CO2-érzékelő előnyei

Az Infineon kihasználta a szenzorok és MEMS-mikrofonok terén meglévő legmodernebb képességeit a CO2 környezeti érzékelés forradalmi technológiájának kifejlesztéséhez. A XENSIVTM PAS CO2 (1. táblázat) egy valódi CO2-érzékelő, amely a PAS elvén alapul. Az érzékelő az Infineon nagy érzékenységű XENSIVTM MEMS mikrofonját használja – amely a CO2-molekulák által az érzékelő üregében létrehozott nyomásváltozást érzékeli anélkül, hogy külső zajokat érzékelne. Kimenetként CO2-koncentrációt szolgáltat milliomodrészben. Az adatok még a legkisebb nyomásingadozás esetén is kiváló minőségű eredményeket mutatnak. Ennek megfelelően a pontos meghatározáshoz kis mennyiségű gáz is elegendő, ezért a mintakamra méretét megfelelően kicsire lehetett tervezni.

 

EBV tabla

1. táblázat A PAS CO2-érzékelő legfontosabb jellemzői

  


A XENSIVTM PAS CO2 kivételesen kis helyigényű, a tipikus NDIR-érzékelőnél 4× kisebb (14 × 13,8 × 7,5 mm) és 3× könnyebb (2 gramm), ami több mint 75%-os helymegtakarítást tesz lehetővé az ügyfélrendszerekben. Továbbá a kereskedelmi forgalomban kapható NDIR-érzékelők többsége olyan csatlakozókkal rendelkezik, amelyek nem kompatibilisek a nagy volumenű összeszereléssel, a szabványokkal összeegyeztethetetlenek, és időigényes gyártási folyamathoz vezetnek. Ezzel szemben a XENSIVTM PAS CO2-t úgy tervezték és kínálják (szalagos és tekercses formában), hogy a nagy volumenű automatikus gyártást tartsák szem előtt, és felületszerelési (SMT) technológiával rendelkezzenek az egyszerű összeszerelés és az ügyfelek rendszereibe való gyors integrálás érdekében.
Az érzékelő szuperkompakt kivitelben nagy pontosságot biztosít, ami megfelelő választássá teszi a HVAC-szabályozási (DCV) alkalmazásokhoz, amelyek lehetővé teszik az energiamegtakarítást és a főbb intelligens építési szabványoknak (pl. LEED, WELL) való megfelelést.

 

Elérhetőség és kilátások

Az Infineon minden érzékelőalkatrészt házon belül fejleszt és tervez a magas színvonalú szabványoknak megfelelően, és folytatja a PAS-technológia fejlesztését a méret további csökkentése és a költségoptimalizálás, valamint a teljesítmény más CO2-érzékelő alkalmazásokhoz való igazítása érdekében. Potenciálisan más gázokat is meg lehet célozni a PAS technológiai platformmal. Emellett az Infineon/Cypress ökoszisztémát kihasználva teljes rendszereket kínálnak majd a piacnak, beleértve az érzékelést, a feldolgozást, a működtetést és a csatlakoztatást.
Az EBV Elektronik – mint vezető félvezető-forgalmazó Európában – széles gyártói portfóliójából a legújabb alkatrészek és félvezető-megoldások teljes és folyamatos ellátását garantálja. Vegye fel a kapcsolatot az EBV technológiai és piaci szakértőivel, hogy az alkalmazásaihoz az optimális megoldást választhassa!

 

Több mint disztribúció – EBV Elektronik!

 

Gnyálin István
EBV Elektronik Kft.

1117 Budapest, Budafoki út 91–93.
Tel.: +36 30 470 34 96
E-mail: istvan.gnyalin@ebv.com
www.ebv.com