Hướng dẫn chọn cảm biến khí CO2 cho HVAC

Trong kiến trúc hiện đại, các tòa nhà thương mại và văn phòng ngày càng kín kẽ để tối ưu hóa hiệu quả năng lượng. Tuy nhiên, điều này vô tình tạo ra một thách thức lớn: chất lượng không khí trong nhà (IAQ) suy giảm. Khi con người sinh hoạt trong một không gian kín, nồng độ khí Carbon Dioxide (CO2) từ hơi thở sẽ dần tích tụ. Nồng độ CO2 cao không chỉ là một chỉ báo về thông gió kém, mà còn là nguyên nhân trực tiếp gây ra mệt mỏi, buồn ngủ, đau đầu và giảm sút năng suất làm việc.

Đây chính là lúc sự kết hợp giữa cảm biến khí CO2 và hệ thống HVAC trở thành một giải pháp công nghệ then chốt, giúp cân bằng hoàn hảo giữa việc đảm bảo sức khỏe con người và bài toán tiết kiệm năng lượng. Bài viết này Mạnh Tùng sẽ giúp bạn hướng dẫn toàn diện về cách chọn cảm biến khí CO2 cho HVAC.

Giới thiệu về Cảm biến khí CO2 và hệ thống HVAC

Cảm biến khí CO2 là gì?

Cảm biến khí CO2 (CO2 Sensor) là một thiết bị điện tử được thiết kế để đo lường và phát hiện nồng độ của khí Carbon Dioxide trong không khí. Nó không chỉ đơn thuần là một bộ phận cảm nhận mà còn là một bộ phát (transmitter), có nhiệm vụ chuyển đổi giá trị nồng độ CO2 (thường được đo bằng đơn vị PPM – Parts Per Million, hay phần triệu) thành một tín hiệu điện tiêu chuẩn.

Tín hiệu này có thể là tín hiệu tương tự (analog) như 4-20mA, 0-10V, hoặc tín hiệu số (digital) như Modbus/BACnet. Tín hiệu này sau đó được truyền về bộ điều khiển trung tâm (PLC hoặc BMS) để xử lý và ra quyết định. Trong các ứng dụng tòa nhà, cảm biến CO2 được xem là thước đo chính xác nhất cho mật độ con người (occupancy) và chất lượng thông gió.

Xem thêm: Cảm biến CO2 là gì? Tổng quan về cảm biến khí CO2

Hệ thống HVAC là gì?

HVAC là từ viết tắt của Heating, Ventilation, and Air Conditioning (Sưởi ấm, Thông gió và Điều hòa không khí). Đây là một hệ thống kỹ thuật tích hợp.

• Heating (Sưởi ấm): Cung cấp nhiệt để duy trì nhiệt độ thoải mái vào mùa lạnh.
• Ventilation (Thông gió): Là quá trình cốt lõi trong chủ đề này. Nó bao gồm việc trao đổi không khí, hút không khí cũ (chứa CO2, chất ô nhiễm) ra ngoài và cấp không khí tươi (giàu O2) từ bên ngoài vào.
• Air Conditioning (Điều hòa): Làm mát và kiểm soát độ ẩm của không khí.

Mục tiêu của hệ thống HVAC là duy trì một môi trường tiện nghi (thermal comfort) và trong lành (IAQ) cho người sử dụng.

Những tiêu chí khi chọn cảm biến khí CO2 cho hệ thống HVAC

Việc lựa chọn một cảm biến CO2 cho HVAC không chỉ đơn giản là mua một thiết bị có thể đo CO2. Đó là một quyết định kỹ thuật ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả năng lượng và sức khỏe con người. Dưới đây là các tiêu chí cốt lõi cần xem xét.

Xem thêm: Ứng dụng cảm biến khí CO2 trong hệ thống HVAC

Dải đo (Measurement Range) phù hợp với ứng dụng

Dải đo là yếu tố cơ bản nhất. Đối với các ứng dụng HVAC và IAQ, dải đo phổ biến và phù hợp nhất là 0-2000 PPM hoặc 0-5000 PPM.

• Tại sao không phải 0-1000 PPM? Dải đo này quá hẹp. Nồng độ CO2 trong một phòng họp đông người có thể dễ dàng vượt qua 1000 PPM, và hệ thống cần phải có giá trị vượt ngưỡng đó để tiếp tục tăng cường thông gió.
• Tại sao không phải 0-10,000 PPM? Dải đo này quá rộng, thường dùng cho ứng dụng công nghiệp hoặc nông nghiệp. Sử dụng dải đo quá rộng sẽ làm giảm độ phân giải và độ chính xác của phép đo trong khoảng làm việc quan trọng (400-1500 PPM).

Để tham khảo, nồng độ không khí ngoài trời là khoảng 400-450 PPM. Các tiêu chuẩn IAQ (như ASHRAE 62.1) thường khuyến nghị duy trì nồng độ CO2 trong nhà không vượt quá 1000-1200 PPM. Dải đo 0-2000 PPM bao phủ hoàn hảo các kịch bản này.

Độ chính xác và độ phân giải (Accuracy & Resolution)

Độ chính xác là cực kỳ quan trọng. Một cảm biến không chính xác sẽ dẫn đến hai kịch bản tồi tệ:

• Đo thấp hơn thực tế: Cảm biến báo 800 PPM trong khi thực tế là 1500 PPM. Hệ thống HVAC sẽ không tăng thông gió, dẫn đến chất lượng không khí kém, gây mệt mỏi cho con người.
• Đo cao hơn thực tế: Cảm biến báo 1200 PPM trong khi thực tế mới 700 PPM. Hệ thống HVAC sẽ tăng cường thông gió không cần thiết, gây lãng phí năng lượng khổng lồ.

Hãy tìm các cảm biến có thông số kỹ thuật rõ ràng, thường là ±30 PPM ± 3% giá trị đọc. Đây được coi là mức chính xác cao cho các ứng dụng HVAC.

Kiểu đầu ra tín hiệu & giao tiếp (Output Signal & Communication)

Tín hiệu đầu ra của cảm biến bắt buộc phải tương thích với đầu vào của bộ điều khiển (PLC/BMS/DDC).

1. Tín hiệu Analog (Tương tự):
   • 0-10 VDC: Rất phổ biến trong các hệ thống điều khiển tòa nhà (BMS).
   • 4-20 mA: Tiêu chuẩn vàng trong công nghiệp, có khả năng chống nhiễu tốt, truyền đi xa và có tính năng live-zero (nếu tín hiệu là 0mA, hệ thống biết ngay là có lỗi đứt dây).
2. Tín hiệu Digital (Số):
   • Modbus RTU (trên nền RS485): Cho phép đấu nối chuỗi (daisy chain) nhiều cảm biến trên cùng một cáp, tiết kiệm dây dẫn. Ngoài giá trị CO2, nó còn có thể truyền thêm các thông tin khác như nhiệt độ, độ ẩm, trạng thái lỗi.
   • BACnet: Giao thức chuẩn được thiết kế riêng cho hệ thống quản lý tòa nhà, giúp việc tích hợp trở nên liền mạch.

Kiểu lắp đặt và môi trường sử dụng

Vị trí lắp đặt quyết định kiểu dáng của cảm biến:

• Gắn tường (Wall-mount / Room-mount): Đây là loại phổ biến nhất, được lắp trực tiếp trong không gian có người ở (phòng họp, văn phòng, lớp học) ở độ cao ngang tầm thở (khoảng 1.5m). Nó đo lường chính xác chất lượng không khí mà con người đang hít thở.
• Gắn ống gió (Duct-mount): Cảm biến này có một đầu dò (probe) dài, được lắp xuyên qua thành ống gió, thường là trên đường ống gió hồi. Nó đo nồng độ CO2 trung bình của toàn bộ khu vực mà ống gió đó phục vụ. Đây là giải pháp kinh tế cho các không gian mở lớn, thay vì phải lắp nhiều cảm biến gắn tường.

Bạn cũng cần kiểm tra cấp bảo vệ IP và dải nhiệt độ/độ ẩm hoạt động của cảm biến để đảm bảo nó phù hợp với môi trường lắp đặt (ví dụ, cảm biến gắn ống gió có thể phải chịu độ ẩm cao hơn).

Tính năng bổ sung và bảo trì

Đây là yếu tố then chốt để đảm bảo độ chính xác lâu dài.

• Công nghệ đo NDIR: Hãy đảm bảo cảm biến sử dụng công nghệ NDIR (Non-Dispersive Infrared). Đây là công nghệ tiêu chuẩn vàng, có độ chính xác cao, độ chọn lọc tốt (chỉ đo CO2) và tuổi thọ rất cao (trên 10-15 năm).
• Tính năng tự hiệu chuẩn (ABC – Automatic Baseline Calibration): Các cảm biến NDIR có thể bị trôi (drift) một chút sau nhiều năm. Tính năng ABC là một thuật toán thông minh. Nó giả định rằng trong một khoảng thời gian (thường là 7 ngày), sẽ có lúc không gian đó không có người (ví dụ, ban đêm) và nồng độ CO2 sẽ giảm về mức không khí ngoài trời (khoảng 400 PPM). Cảm biến sẽ tự động lấy mốc 400 PPM này làm điểm mới. Tính năng này giúp cảm biến tự bảo trì và duy trì độ chính xác trong nhiều năm mà không cần hiệu chuẩn thủ công.
• Cảm biến Kép (Dual-Channel): Đối với các không gian hoạt động 24/7 (như bệnh viện, casino, trung tâm điều hành), logic ABC sẽ không hoạt động. Trong trường hợp này, bạn cần sử dụng cảm biến NDIR 2 kênh (dual-channel), vốn có một kênh đo và một kênh tham chiếu để tự bù trừ độ trôi mà không cần dựa vào mức 400 PPM.

Hỗ trợ kỹ thuật, hiệu chuẩn và Chi phí Tổng Sở hữu (TCO)

Đừng chỉ nhìn vào giá mua ban đầu. Hãy xem xét Chi phí Tổng Sở hữu (Total Cost of Ownership – TCO).

• Một cảm biến giá rẻ, không có tính năng ABC, sẽ yêu cầu hiệu chuẩn thủ công hàng năm, chi phí nhân công và thiết bị hiệu chuẩn sẽ nhanh chóng vượt qua chi phí tiết kiệm ban đầu.
• Một cảm biến NDIR chất lượng cao với logic ABC đáng tin cậy có thể hoạt động 10-15 năm mà không cần bảo trì, mang lại TCO thấp nhất.
• Luôn chọn nhà cung cấp ó khả năng hỗ trợ kỹ thuật khi lắp đặt và cung cấp dịch vụ hiệu chuẩn như CÔNG TY TNHH TM&DV THIẾT BỊ ĐIỆN MẠNH TÙNG.

Hướng dẫn chi tiết các bước chọn cảm biến khí CO2 cho hệ thống HVAC

Việc lựa chọn cảm biến CO2 là một quyết định kỹ thuật đa bước, đòi hỏi sự cân nhắc cẩn thận để đảm bảo hệ thống Điều khiển thông gió theo nhu cầu (DCV) hoạt động chính xác và hiệu quả. Dưới đây là quy trình 8 bước chi tiết giúp các kỹ sư và nhà quản lý đưa ra lựa chọn tối ưu.

Bước 1: Xác định mục đích đo và vị trí lắp đặt

Bước đầu tiên là phải xác định rõ ràng mục tiêu của việc đo lường. Nếu mục đích chính là Điều khiển thông gió theo nhuG (DCV), cảm biến phải có tín hiệu đầu ra tương thích và độ chính xác cao để điều khiển trực tiếp van gió hoặc biến tần. Nếu mục đích chỉ là Giám sát chất lượng không khí (IAQ) để hiển thị lên BMS, các yêu cầu về tín hiệu có thể linh hoạt hơn.

Tiếp theo, vị trí lắp đặt sẽ quyết định kiểu dáng của cảm biến.

• Không gian riêng lẻ (phòng họp, lớp học, văn phòng riêng): Yêu cầu sử dụng cảm biến gắn tường (Wall-mount). Cảm biến phải được lắp ở độ cao ngang tầm thở (khoảng 1.5m so với sàn), tránh xa cửa sổ, cửa ra vào và miệng gió cấp để không khí mẫu được đại diện chính xác cho không khí mà con người đang hít thở.
• Không gian mở lớn (sảnh, văn phòng open-plan, thư viện): Thay vì lắp nhiều cảm biến gắn tường gây tốn kém, giải pháp kinh tế và hiệu quả là sử dụng cảm biến gắn ống gió (Duct-mount). Cảm biến này được lắp trên đường ống gió hồi, đo nồng độ CO2 trung bình của toàn bộ không khí được hút về từ không gian đó.

Bước 2: Xác định dải đo CO2 (Measuring Range)

Dải đo phải bao phủ được toàn bộ phạm vi hoạt động dự kiến của không gian. Đối với các ứng dụng HVAC và IAQ trong các tòa nhà thương mại và dân dụng, dải đo tiêu chuẩn và phù hợp nhất là 0-2000 PPM. Dải đo này đủ rộng để xử lý các tình huống mật độ người cao (khi nồng độ có thể vượt 1200-1500 PPM) nhưng cũng đủ hẹp để duy trì độ phân giải và độ chính xác cao trong khoảng hoạt động quan trọng (400-1200 PPM). Tránh chọn dải đo quá hẹp (ví dụ 0-1000 PPM) vì sẽ không đo được khi nồng độ vượt ngưỡng, hoặc quá rộng (ví dụ 0-10,000 PPM) vì sẽ làm giảm độ chính xác của phép đo.

Bước 3: Chọn loại cảm biến theo công nghệ đo

Đây là yếu tố kỹ thuật quan trọng nhất quyết định độ tin cậy của cảm biến. Đối với các ứng dụng HVAC, bắt buộc phải sử dụng công nghệ NDIR (Non-Dispersive Infrared – Hồng ngoại không phân tán). Công nghệ NDIR hoạt động dựa trên nguyên lý hấp thụ ánh sáng hồng ngoại đặc trưng của phân tử CO2, mang lại độ chính xác rất cao, độ chọn lọc tuyệt đối (chỉ đo CO2) và tuổi thọ cực kỳ bền bỉ (thường trên 10-15 năm).

Tuyệt đối tránh các loại cảm biến giá rẻ sử dụng công nghệ bán dẫn (Semiconductor/MOS) hay còn gọi là cảm biến eCO2 (CO2 tương đương). Những cảm biến này không thực sự đo CO2 mà đo các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOCs) và các khí khác, dẫn đến tín hiệu báo động giả và điều khiển thông gió sai lệch, gây lãng phí năng lượng.

Bước 4: Chọn kiểu tín hiệu ngõ ra (Output Signal)

Tín hiệu đầu ra của cảm biến phải tương thích hoàn toàn với đầu vào (Input) của bộ điều khiển trung tâm (PLC, BMS, DDC).

1. Tín hiệu Analog (Tương tự): Đây là lựa chọn phổ biến nhất. Cần kiểm tra xem bộ điều khiển nhận tín hiệu dòng hay áp.
   • 0-10 VDC: Rất thông dụng trong các hệ thống BMS của tòa nhà.
   • 4-20 mA: Là tiêu chuẩn vàng trong công nghiệp, có khả năng chống nhiễu vượt trội, cho phép truyền tín hiệu đi xa hàng trăm mét và có tính năng live-zero (phát hiện lỗi đứt dây khi tín hiệu về 0mA).
2. Tín hiệu Digital (Số):
   • Modbus RTU (trên nền RS485): Cho phép đấu nối chuỗi (daisy-chain) hàng chục cảm biến trên cùng một cặp dây tín hiệu, tiết kiệm đáng kể chi phí dây dẫn và cổng kết nối của bộ điều khiển.
   • BACnet: Là giao thức truyền thông tiêu chuẩn được thiết kế riêng cho hệ thống tự động hóa tòa nhà, giúp việc tích hợp vào BMS trở nên đơn giản và liền mạch.

Bước 5: Xem xét tính năng mở rộng (Cảm biến đa năng)

Để tối ưu hóa chi phí và việc lắp đặt, cần cân nhắc sử dụng các cảm biến đa thông số. Nhiều nhà sản xuất cung cấp các model tích hợp đo lường cả CO2, Nhiệt độ và Độ ẩm trong cùng một thiết bị. Việc sử dụng một cảm biến đa năng sẽ tiết kiệm chi phí thiết bị (so với việc mua 3 cảm biến riêng lẻ), giảm chi phí đi dây (chỉ cần một cáp tín hiệu) và giảm chi phí nhân công lắp đặt, đồng thời cung cấp cho hệ thống HVAC một bức tranh toàn diện về môi trường không khí.

Bước 6: Kiểm tra tiêu chuẩn và khả năng hiệu chuẩn

Độ chính xác của cảm biến NDIR có thể bị trôi (drift) rất nhẹ sau nhiều năm hoạt động. Để giải quyết vấn đề này, cần xem xét không gian sử dụng:

• Không gian hoạt động gián đoạn (Văn phòng, trường học): Đây là các không gian có thời gian trống (ban đêm, cuối tuần). Đối với trường hợp này, hãy ưu tiên chọn cảm biến có tích hợp logic ABC (Automatic Baseline Calibration – Tự hiệu chuẩn điểm cơ sở). Thuật toán này sẽ tự động theo dõi và ghi nhận nồng độ CO2 thấp nhất trong một khoảng thời gian (thường là 7 ngày) và coi đó là mốc không khí sạch (khoảng 400 PPM) để tự động điều chỉnh lại. Tính năng này giúp cảm biến tự bảo trì và duy trì độ chính xác trong nhiều năm.
• Không gian hoạt động liên tục 24/7 (Bệnh viện, Casino, Trung tâm điều hành): Logic ABC sẽ không hoạt động chính xác vì không gian không bao giờ trống. Trong trường hợp này, cần chọn cảm biến NDIR kênh kép (Dual-Channel), vốn sử dụng một kênh tham chiếu nội bộ để tự bù trừ độ trôi, hoặc tắt tính năng ABC và thiết lập một lịch trình hiệu chuẩn thủ công định kỳ (ví dụ: 2-3 năm/lần).

Bước 7: Đánh giá môi trường và độ bền cơ học

Cần kiểm tra thông số kỹ thuật của cảm biến để đảm bảo nó phù hợp với môi trường lắp đặt.

• Vị trí lắp đặt trong phòng: Cảm biến chỉ cần cấp bảo vệ tiêu chuẩn (ví dụ IP30) để chống bụi thông thường.
• Vị trí lắp đặt trong ống gió: Cảm biến phải có cấp bảo vệ cao hơn (ví dụ IP54 hoặc IP65) để có khả năng chống lại độ ẩm cao và bụi bẩn tích tụ trong đường ống.
• Kiểm tra dải nhiệt độ và độ ẩm hoạt động của cảm biến để đảm bảo nó bền bỉ trong điều kiện khí hậu tại nơi lắp đặt.

Xem thêm: Cách bảo trì cảm biến khí CO2 để đảm bảo độ chính xác

Mua cảm biến khí CO2 cho hệ thống HVAC uy tín chính hãng ở đâu?

CÔNG TY TNHH TM&DV THIẾT BỊ ĐIỆN MẠNH TÙNG là đại lý ủy quyền tại Việt Nam, cung cấp cảm biến áp suất chính hãng cảm biến khí CO2 . Tất cả sản phẩm đều đi kèm chứng nhận CO, CQ, giá cạnh tranh và hỗ trợ kỹ thuật từ đội ngũ hơn 10 năm kinh nghiệm. Liên hệ ngay để nhận báo giá và tư vấn miễn phí.

Lời kết

Cảm biến khí CO2 đã trở thành một thành phần bắt buộc phải có (must-have) trong các hệ thống HVAC hiện đại. Nó là cầu nối trực tiếp giữa hai mục tiêu tưởng chừng như đối lập: Tiết kiệm năng lượng và Đảm bảo sức khỏe con người. Bằng cách tuân thủ các tiêu chí và thực hiện quy trình lựa chọn một cách có hệ thống như trên, bạn sẽ chọn được một thiết bị chính xác, bền bỉ, giúp tối ưu hóa hệ thống HVAC và kiến tạo một môi trường làm việc trong lành, hiệu quả.

Xem thêm các bài viết liên quan:

Cảm biến là gì? Phân loại các dòng cảm biến

Cảm biến áp suất là gì? Phân loại cảm biến áp suất

Top 5 cảm biến áp suất được mua nhiều nhất

Cảm biến nhiệt độ: Nguyên lý hoạt động và ứng dụng trong công nghiệp

Các ứng dụng đa dạng của cảm biến nhiệt độ trong công nghiệp tự động hoá

---

Cảm ơn quý khách đã truy cập vào website MTEE.VN. Kính chúc quý khách nhận được những thông tin hữu ích và có những trải nghiệm tuyệt vời trên trang.