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Juergen Ziesche Product Management Sensors SAUTER HeadOffice Allgemeine Information CO 2 -Sensoren

CO2 Sensor, Detector, NDIR,

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NDIR – CO2-SENSOR NDIR (Non-Dispersive Infrared), Die Firma Sauter verwendet die CO2-Sensoren mit Zweistrahl-Technologie. Verschiedene CO2-Sensoren Hersteller von Single source – single beam – single wavelength CO2 mit ABC Algorithmus haben das Potential der neuen dual beam CO2-Sensorentechnologie erkannt und erweitern das Portfolio mit dual beam CO2- Sensoren.

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Juergen Ziesche

Product Management SensorsSAUTER HeadOffice

Allgemeine InformationCO2-Sensoren

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Agenda

• Einleitung

• Was ist CO2? Wo kommt CO2 vor?

• CO2, Luftqualität und Belüftung

• Messprinzipien von CO2 -Sensoren in HLK

• Hintergrund und Theorie Gasabsorption

• Systemdesigns von CO2-Sensoren und Messverfahren

• Zusammenfassung

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Was ist CO2 ?

CO2 ist ein natürlicher Bestandteil unserer Atmosphäre.

Frischluft CO2 Konzentration: 0,03 % oder 366 ppm

(trockene Standardatmosphäre)

Trockene Standardatmosphäre [% v/v]

Stickstoff N2 78,1

Sauerstoff O2 20,9

Kohlendioxid CO2 0,03

Argon, etc. ~ 0,97

Wasserdampf H2O 0,01...3%

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Welche Effekt hat CO2 auf den Menschen ?

• Schon vor über 150 Jahren schlug der Arzt Dr. Pettenkofer für die Raumluft in Klassenzimmern einen CO2-Höchstwert von max. 1000 ppm vor. Damit können folgende Effekte einer erhöhten CO2-Konzentration auf den Menschen verringert werden:

1. Müdigkeitserscheinungen

2. Aufmerksamkeitsstörungen

3. Konzentrationsabbau

4. Denkstörungen

5. Veränderungen des sozialen Verhaltens

6. Störungen der Auge-Hand-Koordination

7. Wahrnehmungsstörungen

• DIN 1946-2 neu EN 13779: Diese Norm besagt, dass die CO2-Konzentration an Büroarbeitsplätzen, Schuleräumen einen Wert von 1500 ppm nicht überschreiten soll.

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Wo kommt ein erhöhter CO2-Gehalt vor?

Zum Beispiel im Büro, jeder Mensch atmet ca. 40000 ppm (20 L CO2 /h) aus.

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Welche Effekt hat CO2 auf den Menschen ?

• Obwohl Kohlendioxid unsichtbar, geruchsneutral und chemisch nicht aktiv ist, macht sich ein erhöhter CO2 -Gehalt (>1000ppm) bei Menschen rasch bemerkbar durch:

Ermüdung Starke

Konzentrations-schwäche

Erhöhter Fehlerhäufigkeit

Frische, natürliche Umgebungsluft400ppm

Empfohlener Grenzwert für Raumluft nach Dr. Max Pettenkofer

1000ppm

>1000ppmMüdigkeit und Konzentrations-schwäche machen sich bemerkbar.Fehlerhäufigkeit steigt, Lernfähigkeit und Produktivität sinkt.(CEN EN13779)

Max. Arbeitsbereich eines selektiven CO2-Sensors nach VDMA Arbeitsblatt

2000ppm

Maximale Arbeitsplatz-Konzentration (MAK-Wert) Grenzwert für CO2- Konzentration am Arbeitsplatz

5000ppm

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Typische CO2-Konzentration

• ca. 40 000 ppm ausgeatmete Luft (Stoffwechsel)(20 L CO2 /h)

• 5 000 ppm MAK-Wert (Industrie)

• 1 500 ppm CO2-Grenzwert für Büros(DIN1946 Teil 2)

• 1 000 ppm Pettenkofer-Zahl (hygienischer Grenzwert)

• 400-650 ppm Luft in bewohnten Gebieten

• 366 ppm Standardkonzentration Aussenluft

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CO2 und Luftqualität

• Die CO2-Konzentration ist ein Richtwert für die Luftqualität (IAQ, indoor air quality)

• Eine genaue CO2-Konzentrations-Messung ist der Schlüssel für effiziente Lüftungsregelung

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Möglichkeiten wie bedarfsgerecht gelüftet werden kann

1. FensterlüftungFür diese einfache Lüftungsart hilft die CO2-Ampel, sie wird hauptsächlich in Büros, Schulen und Kindergärten verwendet, welche keine Lüftungsanlage haben.Die CO2-Ampel bestimmt mit Hilfe eines sehr genauen NIDR-Messsystems die CO2-Konzentration in der Raumluft und zeigt nach dem Ampelprinzip die Luftqualität an.

CO2-Konzentration (ppm)

optisches Signal(LED)

akustisches Signal(Piepton)

Luftgüte

0 bis 1.500 gut

1.500 bis 2.500

einmal mittelmässig, Lüften empfohlen

2.500 bis 3.000

zweimal schlecht, bitte lüften

über 3.000 blinkt

fünfmal sehr schlecht, unbedingt lüften!

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Bedarfsgerechte Lüftung über die CO2-Konzentration

Eine hohe Belegzahl eines Raume bedeutet:

• Hohe Konzentration an CO2

• Grosser Energiebedarf für den Luftaustausch

Eine reduzierten Belegung eines Raumes bedeutet :

• geringe CO2-Konzentration

• Geringer Luftaustausch nötig, somit geringer Energiebedarf.

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Bedarfsgerechte Lüftung über die CO2-Konzentration

Gegenüber einen Betrieb mit Schaltuhr (gelb) reduziert sich der Energieverbrauch mit einer bedarfsgeregelten Lüftung über die CO2-Konzentration im Raum signifikant.

Die Fläche in blau zeigt die Energieeinsparung

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Bedarfsgerechte Lüftung über die CO2-Konzentration

Erfahrungswerte für Energiekosteneinsparpotentiale bei typischen Anwendungen der bedarfsgeregelten Lüftung.

Die Werte basieren aus Resultaten aus dem IEA-Projekt Annex 18 „Bedarfsgeregelte Luftung“

• Hörsaal 20 – 50%• Grossraumbüros

• 40% der Personen im Mittel anwesend: 20 – 30%• 90% der Personen im Mittel anwesend: 3 – 5%

• Foyers, Schalter-, Kassenhallen, Abfertigungsbereiche von Flughäfen 20 – 60%

• Messehallen, Sporthallen 40 – 70%• Versammlungsstätten, Konferenzräume,

Theater, Kinos 20 – 60%• Restaurants, Kantinen 30 – 70%

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Messprinzipien von CO2-Sensoren

• Elektrochemische SensorenSpezielle Anwendungen (z.B. hohe Temperaturen) bedeuten kurze Lebenszeit des Sensors, wenn er oft hohe CO2-Konzentration misst.

• Photoakustische CO2-SensorenHohe Querempfindlichkeit: Empfindlich gegenüber Druckschwankungen (Türen schlagen) und gegenüber akustischer Störungen.

• Metalloxid-Halbleiter-System SensorKann im Gegensatz zu reinen CO2-Sensoren sämtliche Geruchsstoffe im Raum detektierten, vergleichbar mit einem VOC Sensor. Der ungefähre CO2-Wert wird theoretisch errechnet.

• NDIR – CO2-SENSOR NDIR (Non-Dispersive Infrared), Die Firma Sauter verwendet die CO2-Sensoren mit Zweistrahl-Technologie.

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Eignung der verschiedenen NDIR – CO2 Messverfahren für die bedarfsgeregelte Lüftung

CO2 Messprinzip Her-stell-Kosten

Eignung für bedarfsgeregelteLüftung

Bemerkungen

dual source – dual beam – single wavelength

Hoch ist uneingeschränkt für alle Anwendungen und

Gebäudearten geeignet benötigt keine Rekalibration gute Langzeit Stabilität langsame Reaktionszeit

single source – single beam – dual wavelength

Hoch

nicht stabil, der Sensor muss periodisch rekalibriert werden

Sehr teuer

single source – single beam – single wavelength Detektor mit ABC Algorithmus

Niedrig

Der ABC Algorithmus ist nicht für alle Gebäudearten geeignet. Ist das Gebäude zum

Beispiel an 7 Tagen in der Woche 24 Stunden in Betrieb, kann es zu

Fehlanzeigen kommen. kann nicht sofort in Betrieb genommen werden

single source – dual beam – dual wavelength

Hoch ist uneingeschränkt für alle Anwendungen und Gebäudearten geeignet benötigt keine Rekalibration gute Langzeit StabilitätEGQ222F001

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Aufbau eines NDIR CO2 -Sensors (Bisheriges Model der Firma Sauter )

Grund für den Drift der CO2-Sensoren ist:

U

IR detector

sensor cell (optical path , sample chamber

IR spectral filterIR source

(pulsed operation)

single source – single beam – single wavelength

• Die Alterung der IR source• Schlechte Luftqualität, ein hoher Anteil an:

Staub, Lösungsmittel, Desinfektionsmittel / Oxidationsmittel beschleunigen die Alterung der IR source

Einstrahlverfahren

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Der neue CO2-Sensor von Sauter

single source – dual beam – dual wavelength

Zweistrahlverfahren

Zwei Messkanäle mit unterschiedlichen IR-Filtern Referenzkanal beurteilt Drift (meist 2 Detektoren/2 Filter in einem Gehäuse)

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Möglichkeiten wie bedarfsgerecht gelüftet werden kann

1. FensterlüftungFür diese einfache Lüftungsart hilft die CO2-Ampel, sie wird hauptsächlich in Büros, Schulen und Kindergärten verwendet, welche keine Lüftungsanlage haben.Die CO2-Ampel bestimmt mit Hilfe eines sehr genauen NIDR-Messsystems die CO2-Konzentration in der Raumluft und zeigt nach dem Ampelprinzip die Luftqualität an.

CO2-Konzentration (ppm)

optisches Signal(LED)

akustisches Signal(Piepton)

Luftgüte

0 bis 1.500 gut

1.500 bis 2.500

einmal mittelmässig, Lüften empfohlen

2.500 bis 3.000

zweimal schlecht, bitte lüften

über 3.000 blinkt

fünfmal sehr schlecht, unbedingt lüften!

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Möglichkeiten wie bedarfsgerecht gelüftet werden kann

2. Für eine zentrale Lüftungsanlage mit oder ohne Wärmerückgewinnung empfehlen wir den neuen EGQ222F001

Die bedarfsgerechte Lüftung ist ein Bestandteil der Passivhäuser im Wohnbau und Nichtwohnbau*. Wie Studien (PASSIV HAUS INSTITUT von Dr. Wolfgang Feist) zeigen, ist ein zuverlässiges CO2-Messsystem absolut wichtig für eine effiziente Lüftung im Niedrigenergiehaus- Bereich

CO2 und Temperatursensor EGQ222F001

* EnEV 2009 und DIN V 18599 - Nichtwohnbau

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Zusammenfassung

1. Eine zu hohe CO2-Konzentration in der Luft hat negative Auswirkung auf den Menschen wie Müdigkeit, Konzentrationsschwäche, Leistungsverlust usw

2. Eine effektive CO2-Messung für eine bedarfsgerechte Lüftung ist nur mit zwei Verfahren möglich.

dual source – dual beam – single wavelength NDIR single source – dual beam – dual wavelength NDIR

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Zusammenfassung

• Single source – single beam – single wavelength Detektor mit ABC Algorithmus sind nur bedingt einsetzbar für eine bedarfsgerechte Lüftung. Sie sind preisgünstiger, die Messgenauigkeit ist jedoch nicht immer gewährleistet, da eine hohe Gefahr des Wegdriften des CO2-Sensors besteht, wenn die Räume ständig belegt sind.

• Verschiedene CO2-Sensoren Hersteller von Single source – single beam – single wavelength CO2 mit ABC Algorithmus haben das Potential der neuen dual beam CO2-Sensorentechnologie erkannt und erweitern das Portfolio mit dual beam CO2- Sensoren.

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Zusammenfassung

4. Der neue single source- dual beam-dual wavelength CO2-Sensor EGQ222F001 von der Firma Sauter ist speziell geeignet:

• Für den Einsatz in Niedrigenergiehäusern

• Für effiziente bedarfsgerechte Lüftungssysteme

• In Räumen die ständig belegt sind, z.B. Krankenhäuser, Flughäfen, Kreuzfahrtschiffe, Arbeitsplätze die rund um die Uhr besetzt sind usw.

• In Einsatzgebieten, wo eine zuverlässige CO2-Messung gefordert ist.

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Informationsquellen CO2

Weitere Informationen zu CO2-Sensoren und unabhängige Testberichte finden Sie im Sauter Extranet unter CO2-Sensoren EGQ222F001

• PI vom 16.06.2009 CO2/Temperatur Sensor EGQ222F001 mit neuer TechnologieSprache: Deutsch, Englisch, Französisch

• Nationale Building Controls.pdfSprache: Englisch

• Building Bulletin 101 Ventilation of School BuildingsSprache: Englisch

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Richtlinie für FühlermontageQuelle www.climasuisse.ch

Fühler auf ca. 1,5 m Höhe in der Aufenthaltszone und min. 50 cm von der nächsten Wand entfernt montieren.

Nicht da, wo die Sonne den Fühler anstrahlen kann!

Nicht an eine Aussenwand!

Nicht in Nischen und Gestellen!

Nicht in unmittelbarer Nähe der Türe!

Nicht in der Nähe von Lampen oder über Heizkörpern!

Bei Massivwänden (Stahl, Beton usw.) ist eine wärme dämmende Unterlage zwingend

Nicht hinter Vorhängen!

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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit.