Kohlendioxid (CO2) ist ein natürlicher Bestandteil der Atmosphäre und hat negative Auswirkungen auf Menschen, wie Müdigkeit und Konzentrationsschwächen, wenn die Konzentration über 1000 ppm steigt. Zur effizienten Lüftung in Räumen mit hoher Belegung sind spezifische CO2-Sensortechnologien erforderlich, insbesondere die dual beam dual wavelength NDIR-Technologie, die eine präzise Messung ermöglicht. Der neue Sensor EGQ222F001 von Sauter ist für den Einsatz in Niedrigenergiehäusern und anderen dauerbelegten Einrichtungen konzipiert, um eine bedarfsgerechte Lüftung zu gewährleisten.

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

2. Agenda Einleitung Was ist CO 2 ? Wo kommt CO 2 vor? CO 2 , Luftqualität und Belüftung Messprinzipien von CO 2 -Sensoren in HLK Hintergrund und Theorie Gasabsorption Systemdesigns von CO 2- Sensoren und Messverfahren Zusammenfassung

3. Was ist CO 2 ? CO 2 ist ein natürlicher Bestandteil unserer Atmosphäre. Frischluft CO 2 Konzentration: 0,03 % oder 366 ppm (trockene Standardatmosphäre) 0,01...3% H 2 O Wasserdampf ~ 0,97   Argon, etc. 0,03 CO 2 Kohlendioxid 20,9 O 2 Sauerstoff 78,1 N 2 Stickstoff Trockene Standardatmosphäre [% v/v]

4. Welche Effekt hat CO 2 auf den Menschen ? Schon vor über 150 Jahren schlug der Arzt Dr. Pettenkofer für die Raumluft in Klassenzimmern einen CO 2 -Höchstwert von max. 1000 ppm vor. Damit können folgende Effekte einer erhöhten CO 2 -Konzentration auf den Menschen verringert werden: Müdigkeitserscheinungen Aufmerksamkeitsstörungen Konzentrationsabbau Denkstörungen Veränderungen des sozialen Verhaltens Störungen der Auge-Hand-Koordination Wahrnehmungsstörungen DIN 1946-2 neu EN 13779: Diese Norm besagt, dass die CO 2 -Konzentration an Büroarbeitsplätzen, Schuleräumen einen Wert von 1500 ppm nicht überschreiten soll.

5. Wo kommt ein erhöhter CO 2 -Gehalt vor? Zum Beispiel im Büro, jeder Mensch atmet ca. 40000 ppm (20 L CO 2 /h) aus.

6. Welche Effekt hat CO 2 auf den Menschen ? Obwohl Kohlendioxid unsichtbar, geruchsneutral und chemisch nicht aktiv ist, macht sich ein erhöhter CO 2 -Gehalt (>1000ppm) bei Menschen rasch bemerkbar durch: Ermüdung Starke Konzentrations-schwäche Erhöhter Fehlerhäufigkeit Frische, natürliche Umgebungsluft 400ppm Empfohlener Grenzwert für Raumluft nach Dr. Max Pettenkofer 1000ppm > 1000ppm Müdigkeit und Konzentrations- schwäche machen sich bemerkbar. Fehlerhäufigkeit steigt, Lernfähigkeit und Produktivität sinkt. (CEN EN13779) Max. Arbeitsbereich eines selektiven CO 2 -Sensors nach VDMA Arbeitsblatt 2000ppm Maximale Arbeitsplatz-Konzentration (MAK-Wert) Grenzwert für CO 2 - Konzentration am Arbeitsplatz 5000ppm

7. Typische CO 2 -Konzentration ca. 40 000 ppm ausgeatmete Luft (Stoffwechsel) (20 L CO 2 /h) 5 000 ppm MAK-Wert (Industrie) 1 500 ppm CO 2 -Grenzwert für Büros (DIN1946 Teil 2) 1 000 ppm Pettenkofer-Zahl (hygienischer Grenzwert) 400-650 ppm Luft in bewohnten Gebieten 366 ppm Standardkonzentration Aussenluft

8. CO 2 und Luftqualität Die CO 2 -Konzentration ist ein Richtwert für die Luftqualität (IAQ, indoor air quality) Eine genaue CO 2 -Konzentrations-Messung ist der Schlüssel für effiziente Lüftungsregelung

9. Möglichkeiten wie bedarfsgerecht gelüftet werden kann Fensterlüftung Für diese einfache Lüftungsart hilft die CO 2 -Ampel, sie wird hauptsächlich in Büros, Schulen und Kindergärten verwendet, welche keine Lüftungsanlage haben. Die CO 2 -Ampel bestimmt mit Hilfe eines sehr genauen NIDR-Messsystems die CO 2 -Konzentration in der Raumluft und zeigt nach dem Ampelprinzip die Luftqualität an. sehr schlecht, unbedingt lüften! fünfmal blinkt über 3.000 schlecht, bitte lüften zweimal 2.500 bis 3.000 mittelmässig, Lüften empfohlen einmal 1.500 bis 2.500 gut 0 bis 1.500 Luftgüte akustisches Signal (Piepton) optisches Signal (LED) CO 2 -Konzentration (ppm)

10. Bedarfsgerechte Lüftung über die CO 2 -Konzentration Eine hohe Belegzahl eines Raume bedeutet: Hohe Konzentration an CO 2 Grosser Energiebedarf für den Luftaustausch Eine reduzierten Belegung eines Raumes bedeutet : geringe CO 2 -Konzentration Geringer Luftaustausch nötig, somit geringer Energiebedarf.

11. Bedarfsgerechte Lüftung über die CO 2 -Konzentration Gegenüber einen Betrieb mit Schaltuhr (gelb) reduziert sich der Energieverbrauch mit einer bedarfsgeregelten Lüftung über die CO 2 -Konzentration im Raum signifikant. Die Fläche in blau zeigt die Energieeinsparung

12. Bedarfsgerechte Lüftung über die CO 2 -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%

13. Messprinzipien von CO 2 -Sensoren Elektrochemische Sensoren Spezielle Anwendungen (z.B. hohe Temperaturen) bedeuten kurze Lebenszeit des Sensors, wenn er oft hohe CO 2 -Konzentration misst. Photoakustische CO 2 -Sensoren Hohe Querempfindlichkeit: Empfindlich gegenüber Druckschwankungen (Türen schlagen) und gegenüber akustischer Störungen. Metalloxid-Halbleiter-System Sensor Kann im Gegensatz zu reinen CO 2 - Sensoren sämtliche Geruchsstoffe im Raum detektierten, vergleichbar mit einem VOC Sensor. Der ungefähre CO 2 - Wert wird theoretisch errechnet. NDIR – CO 2 -SENSOR NDIR (Non-Dispersive Infrared), Die Firma Sauter verwendet die CO 2 - Sensoren mit Zweistrahl-Technologie.

14. Messprinzipien von NDIR – CO 2 -Sensor Es gibt vier verschiedene NDIR-CO 2 -Sensoren (c) single source – dual beam – dual wavelength (a) Single-lamp single single-wavelength (b) Dual source – dual beam – single wavelength (d) Single source – single beam – dual wavelength

15. Eignung der verschiedenen NDIR – CO 2 Messverfahren für die bedarfsgeregelte Lüftung EGQ222F001 ist uneingeschränkt für alle Anwendungen und Gebäudearten geeignet benötigt keine Rekalibration gute Langzeit Stabilität  Hoch single source – dual beam – dual wavelength 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 Niedrig single source – single beam – single wavelength Detektor mit ABC Algorithmus nicht stabil, der Sensor muss periodisch rekalibriert werden Sehr teuer Hoch single source – single beam – dual wavelength ist uneingeschränkt für alle Anwendungen und Gebäudearten geeignet benötigt keine Rekalibration gute Langzeit Stabilität langsame Reaktionszeit  Hoch dual source – dual beam – single wavelength Bemerkungen Eignung für bedarfsgeregelte Lüftung Her-stell-Kosten CO 2 Messprinzip

16. Aufbau eines NDIR CO 2 -Sensors (Bisheriges Model der Firma Sauter ) Grund für den Drift der CO 2 -Sensoren ist: IR detector sensor cell (optical path , sample chamber IR spectral filter IR 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 U

17. Der neue CO 2 -Sensor von Sauter Zwei Messkanäle mit unterschiedlichen IR-Filtern  Referenzkanal beurteilt Drift (meist 2 Detektoren/2 Filter in einem Gehäuse) single source – dual beam – dual wavelength Zweistrahlverfahren

18. Möglichkeiten wie bedarfsgerecht gelüftet werden kann Fensterlüftung Für diese einfache Lüftungsart hilft die CO 2 -Ampel, sie wird hauptsächlich in Büros, Schulen und Kindergärten verwendet, welche keine Lüftungsanlage haben. Die CO 2 -Ampel bestimmt mit Hilfe eines sehr genauen NIDR-Messsystems die CO 2 -Konzentration in der Raumluft und zeigt nach dem Ampelprinzip die Luftqualität an. sehr schlecht, unbedingt lüften! fünfmal blinkt über 3.000 schlecht, bitte lüften zweimal 2.500 bis 3.000 mittelmässig, Lüften empfohlen einmal 1.500 bis 2.500 gut 0 bis 1.500 Luftgüte akustisches Signal (Piepton) optisches Signal (LED) CO 2 -Konzentration (ppm)

19. Möglichkeiten wie bedarfsgerecht gelüftet werden kann 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 CO 2 -Messsystem absolut wichtig für eine effiziente Lüftung im Niedrigenergiehaus- Bereich CO 2 und Temperatursensor EGQ222F001 * EnEV 2009 und DIN V 18599 - Nichtwohnbau

20. Zusammenfassung Eine zu hohe CO 2 -Konzentration in der Luft hat negative Auswirkung auf den Menschen wie Müdigkeit, Konzentrationsschwäche, Leistungsverlust usw Eine effektive CO 2 -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

21. 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 CO 2 -Sensors besteht, wenn die Räume ständig belegt sind. Verschiedene CO 2 -Sensoren Hersteller von Single source – single beam – single wavelength CO 2 mit ABC Algorithmus haben das Potential der neuen dual beam CO 2 -Sensorentechnologie erkannt und erweitern das Portfolio mit dual beam CO 2 - Sensoren.

22. Zusammenfassung Der neue single source- dual beam-dual wavelength CO 2 -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 CO 2 -Messung gefordert ist.

23. Informationsquellen CO 2 Weitere Informationen zu CO 2 -Sensoren und unabhängige Testberichte finden Sie im Sauter Extranet unter CO 2 -Sensoren EGQ222F001 PI vom 16.06.2009 CO 2 /Temperatur Sensor EGQ222F001 mit neuer Technologie Sprache: Deutsch, Englisch, Französisch Nationale Building Controls.pdf Sprache: Englisch Building Bulletin 101 Ventilation of School Buildings Sprache: Englisch

24. Richtlinie für Fühlermontage Quelle 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!

25. Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit.

26. The reason for the drift of the CO2 sensor is the aging of the IR source Poor air quality, a high proportion of: dust, solvents, disinfectants/oxidizers accelerate the aging of the IR source IR detector sensor cell (optical path, sample chamber IR spectral filter IR source (pulsed operation) single source – dual beam – dual wavelength Structure of a NDIR CO 2 sensor (old Sauter model) U

27. Drift compensation per Software und Annahme. ABCLogic TM “ Automatic Background Calibration“ Lüftungssystem muss regelmäßig wiederkehrend für 4-8 Stunden eine CO2 Konzentration von 400 ppm (Hintergrundkonzentration) im Raum zur Verfügung stellen .  Sensor stellt dann diesen Minimum Wert als Offset ein Wenn der Minimum Wert z.B. nur auf 800ppm sinkt, stellt der Sensor einen Offset von 800 ppm ein und im Laufe der Zeit driftet der Sensor ganz ab. Days CO 2 Concentration

28. single source – dual beam – dual wavelength Dual- beam sensor Two channels with different infra-red filters Reference channel drift assessed (usually 2 detectors & 2 filters in one housing) The new CO 2 sensor from Sauter

29. The new CO 2 sensor from Sauter

30. Benefits Designed to correct all sensor drift including ageing of the light source Calibration independent of the background CO2 concentration Disadvantages Duplicate filters and number of components Dual-beam procedure