Cảm biến CO2 ống gió là thiết bị điện tử được thiết kế chuyên biệt, thường dùng để đo lường và giám sát nồng độ khí CO2 trong các ống gió của hệ thống HVAC theo thời gian thực. Cảm biến này cung cấp dữ liệu cho bộ điều khiển trung tâm để đưa ra quyết định điều khiển tự động có liên quan đến lưu lượng gió. Từ đó tối ưu năng lượng tiêu thụ và duy trì chất lượng không khí ở mức tốt nhất.
Bài viết này của Sensors Việt Nam sẽ cung cấp cho bạn đọc các thông tin toàn diện về cảm biến CO2 gắn ống gió như tầm quan trọng, cấu tạo, nguyên lý vận hành và hướng dẫn mua hàng để được chất lượng - giá tốt.
Cảm biến CO2 ống gió là thiết bị dùng để đo nồng độ khí Carbon Dioxide (CO2) trực tiếp bên trong đường ống gió của hệ thống HVAC. Thiết bị thường được lắp trên ống gió hồi, ống gió cấp hoặc tại các vị trí cần giám sát chất lượng không khí, sau đó truyền giá trị CO2 về DDC, PLC hoặc hệ thống BMS thông qua tín hiệu 0-10V, 4-20mA hoặc Modbus RTU.
Khác với cảm biến CO2 gắn phòng được lắp trực tiếp trên tường để đo nồng độ CO2 tại một khu vực cụ thể, cảm biến CO2 ống gió có đầu dò đưa vào bên trong đường ống. Nhờ đó, cảm biến có thể đo nồng độ CO2 của luồng không khí đang lưu thông qua hệ thống thông gió.
Trong các hệ thống HVAC hiện đại, cảm biến CO2 ống gió thường được sử dụng để thực hiện Demand Controlled Ventilation - DCV, tức điều khiển lượng gió tươi theo nhu cầu thực tế. Khi nồng độ CO2 tăng do số lượng người trong khu vực tăng, cảm biến phát hiện sự thay đổi và gửi tín hiệu về bộ điều khiển. Hệ thống có thể tăng lượng gió tươi bằng cách điều chỉnh damper, tốc độ quạt hoặc thiết bị xử lý không khí. Khi nồng độ CO2 giảm, lượng gió tươi có thể được điều chỉnh xuống phù hợp nhằm hạn chế tiêu thụ năng lượng không cần thiết.
Phần lớn cảm biến CO2 HVAC hiện nay sử dụng công nghệ NDIR - Non-Dispersive Infrared. Nguyên lý này dựa trên khả năng hấp thụ tia hồng ngoại của phân tử CO2 tại một bước sóng đặc trưng. Cảm biến xác định mức độ hấp thụ tia hồng ngoại và từ đó tính toán nồng độ CO2 trong không khí.
Dải đo phổ biến của cảm biến CO2 ống gió là 0-2000 ppm, 0-5000 ppm hoặc 0-10000 ppm, tùy theo yêu cầu của từng hệ thống. Đối với các ứng dụng HVAC thông thường trong văn phòng, trung tâm thương mại, trường học, bệnh viện hoặc khách sạn, dải 0-2000 ppm thường được sử dụng phổ biến. Với các ứng dụng đặc biệt hoặc khu vực có khả năng xuất hiện nồng độ CO2 cao hơn, có thể lựa chọn dải đo lớn hơn.
Một vị trí phổ biến để lắp cảm biến CO2 ống gió HVAC là đường gió hồi. Không khí từ nhiều khu vực được đưa về AHU thông qua đường hồi, vì vậy nồng độ CO2 đo tại đây có thể được sử dụng như một thông số đại diện cho chất lượng không khí của khu vực mà AHU đang phục vụ. Dựa trên giá trị này, BMS hoặc DDC có thể điều khiển damper gió tươi để duy trì chất lượng không khí phù hợp.
Ngoài tín hiệu 0-10V, nhiều cảm biến CO2 ống gió còn có tùy chọn 4-20mA hoặc RS485 Modbus RTU. Tín hiệu analog phù hợp với các hệ thống DDC truyền thống, trong khi Modbus RTU cho phép truyền trực tiếp giá trị CO2 dạng số về hệ thống BMS và thuận tiện khi có nhiều điểm đo trên cùng mạng RS485.
Trong thực tế, cảm biến CO2 ống gió được ứng dụng rộng rãi tại AHU, PAU, hệ thống HVAC, hệ thống BMS, trung tâm thương mại, văn phòng, khách sạn, trường học, bệnh viện, nhà máy và các tòa nhà thương mại. Thiết bị giúp hệ thống kiểm soát chất lượng không khí trong nhà, điều chỉnh lượng gió tươi theo nhu cầu và hỗ trợ tối ưu hóa năng lượng vận hành.
Khi lựa chọn cảm biến CO2 ống gió, cần xem xét dải đo CO2, công nghệ cảm biến, độ chính xác, tín hiệu ngõ ra, nguồn cấp, chiều dài đầu dò, kích thước đường ống và khả năng kết nối với hệ thống BMS. Đối với các hệ thống HVAC thông thường, cảm biến NDIR dải 0-2000 ppm với tín hiệu 0-10V hoặc 4-20mA là một lựa chọn phổ biến.
Có thể hiểu đơn giản, cảm biến CO2 ống gió là thiết bị đo nồng độ CO2 trong luồng không khí bên trong đường ống HVAC, giúp BMS biết chất lượng không khí hiện tại và điều khiển lượng gió tươi phù hợp với nhu cầu sử dụng thực tế.
VÌ SAO CẦN CÓ CẢM BIẾN CO2 ỐNG GIÓ?
Cảm biến CO2 ống gió có tầm quan trọng đặc biệt, không thể thiếu trong hệ thống xử lý không khí. Vai trò chính của nó là đo nồng độ khí CO2 có trong ống gió theo thời gian thực và gửi thông tin về hệ thống điều khiển trung tâm để điều chỉnh hoạt động của quạt theo nhu cầu thực tế:
- Nồng độ CO2 tăng cao → tăng tốc quạt.
- Nồng độ khí CO2 thấp → giảm tốc quạt.
Điều này giúp:
- Cấp gió tươi đầy đủ và kịp thời, từ đó cải thiện chất lượng không khí và duy trì nồng độ CO2 luôn thấp hơn 1000 ppm (mức tiêu chuẩn) → Đảm bảo sức khoẻ, tâm trạng và hiệu suất làm việc, học tập, sinh sống của con người.
- Tiết kiệm năng lượng đáng kể (từ 30 - 50%) so với hệ thống thông gió làm việc với mức quạt cố định 24/7.
XEM THÊM: CẢM BIẾN CO2 LÀ GÌ? HIỂU KỸ ĐỂ CHỌN ĐÚNG VÀ DÙNG BỀN!
CẤU TẠO CƠ BẢN CỦA CẢM BIẾN CO2 ỐNG GIÓ
Trên thị trường hiện có rất nhiều loại cảm biến CO2 ống gió khác nhau. Tuy nhiên, xét về cấu tạo cơ bản thì chúng có nhiều điểm tương đồng. Theo đó, một cảm biến khí CO2 ống gió hiện đại sẽ bao gồm các phần chính như sau:
Một cảm biến khí CO2 ống gió hiện đại gồm các thành phần chính sau:
Thân cảm biến:
- Chất liệu cấu tạo thường thấy là nhôm/thép không gỉ.
- Có khả năng chịu lực, chịu ăn mòn, chịu bụi và chống tia nước tốt (chuẩn bảo vệ IP54 trở lên).
- Đa phần cảm biến sẽ được thiết kế theo hình hộp vuông/chữ nhật/hình tròn dẹp nhỏ gọn, bề mặt trơn.
- Kích thước phù hợp với ống gió tiêu chuẩn (đường kính khoảng 100 - 400mm).
Đầu dò hồng ngoại:
- Các cảm biến CO2 gắn ống gió hiện đại ưu tiên dùng công nghệ hồng ngoại không phân tán (NDIR).
- Bước sóng 4.26 μm (bước sóng đặc trưng của khí CO2).
- Đầu dò thiết bị sẽ phát ra tia hồng ngoại và đo lường sự hấp thụ của phân tử CO2.
- Điểm nổi bật là độ chính xác cao và thời gian phản hồi nhanh chóng.
Bộ lọc quang học: Được thiết kế chỉ cho phép thu nhận bước sóng 4.26 μm, ít bị nhiễu bởi các loại khí khác → Tăng độ chính xác phép đo tối đa.
Máy dò hồng ngoại: Là các phần tử thermopile / photodiode nhạy cảm, giúp cảm biến CO2 ống gió phát hiện những thay đổi nhỏ nhất trong cường độ ánh sáng hồng ngoại và có nhiệm vụ chuyển đổi lượng bức xạ bị hấp thụ bởi CO2 thành tín hiệu điện.
Mạch điện tử: Có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu yếu nhận được từ máy dò hồng ngoại.
Bộ chuyển đổi A/D: Chuyển tín hiệu điện thành tín hiệu ngõ ra tương ứng với bộ điều khiển (analog 0-10V/4-20mA, giao thức truyền thông/kỹ thuật số Modbus RTU RS-485 hoặc Relay kích hoạt/điều khiển các thiết bị khác).
Bộ vi xử lý: Tính toán nồng độ CO2 từ tín hiệu điện.
Bộ bù nhiệt: Loại bỏ sai số do sự thay đổi nhiệt độ ống gió.
Cảm biến khí CO2 gắn ống gió rất nhỏ gọn
XEM THÊM: CẢM BIẾN NỒNG ĐỘ CO2 VÀ ỨNG DỤNG TRONG ĐỜI SỐNG - SẢN XUẤT
NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CẢM BIẾN CO2 ỐNG GIÓ
Vì các cảm biến CO2 ống gió hiện đại đa phần đều trang bị công nghệ hồng ngoại không phân tán (NDIR) nên chúng ta sẽ đi sâu vào nguyên lý hoạt động của công nghệ này.
Đầu tiên, hãy nói một chút về các ưu điểm lớn của công nghệ NDIR:
- Độ chính xác rất cao.
- Chống nhiễu cực kỳ tốt.
- Tuổi thọ bền lâu.
- Ít bảo trì bảo dưỡng.
- Ít bị ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường như nhiệt độ, độ ẩm, áp suất…
Nguyên lý cơ bản của cảm biến CO2 ống gió hiện đại như sau:
Bước 1: Phát tia hồng ngoại với bước sóng đặc trưng
Cảm biến nồng độ khí CO2 ống gió NDIR sẽ phát ra chùm tia hồng ngoại ở bước sóng 4.26μm - đây là bước sóng mà CO2 hấp thụ mạnh nhất.
Bước 2: Nhận và phân bổ luồng khí qua buồng mẫu
Luồng khí trong ống gió sau khi đi vào buồng mẫu của cảm biến khí CO2 sẽ được phân bổ đều để đảm bảo kết quả phép đo luôn chính xác.
Bước 3: Quá trình hấp thụ tia hồng ngoại của khí CO2
- Khi tia hồng ngoại với bước sóng 4.26μm va chạm với các phân tử khí CO2 thì sẽ bị hấp thụ (đặc biệt bước sóng chuyên biệt này không bị hấp thụ bởi các khí khác).
- Bộ lọc quang học của cảm biến CO2 ống gió chỉ cho phép bước sóng 4.26μm đi qua, giúp loại bỏ nhiễu hiệu quả.
Bước 4: Máy dò hồng ngoại đo lượng ánh sáng hồng ngoại còn lại
Máy đo hồng ngoại gồm những phần tử siêu nhạy sẽ xác định lượng ánh sáng hồng ngoại không bị CO2 hấp thụ hết và tính toán thành nồng độ CO2.
Bước 5: Bù nhiệt
Cảm biến khí CO2 ống gió sử dụng thuật toán bù nhiệt độ thông minh để loại bỏ sai số từ biến đổi nhiệt độ ống dẫn.
Bước 6: Chuyển đổi tín hiệu ngõ ra
Giá trị nồng độ CO2 đo được sẽ chuyển đổi thành:
- Tín hiệu analog 4-20mA / 0-10V (để điều khiển quạt, van).
- Truyền thông số RS485 Modbus RTU (để kết nối BMS/PLC).
- Relay output: Điều khiển các thiết bị khác.
XEM THÊM: CẢM BIẾN CO2 CHẤT LƯỢNG GIÁ TỐT CỦA SENSORS VIỆT NAM TẠI ĐÂY.
Sensors Việt Nam là đơn vị phân phối chính thức của những thương hiệu cảm biến hàng đầu thế giới - chúng tôi tự tin cam kết chất lượng sản phẩm vượt trội, đầy đủ CO/CQ, chế độ bảo hành uy tín, mức giá cạnh tranh, hậu mãi hấp dẫn và dịch vụ tư vấn kỹ thuật bởi đội ngũ kỹ sư chuyên nghiệp.
Mọi thông tin chi tiết về cảm biến nói chung và cảm biến CO2 ống gió nói riêng quý khách vui lòng liên hệ Sensors Việt Nam để được tư vấn nhanh chóng và tận tình nhất.