Ứng dụng của cảm biến khí CO2 trong hệ thống HVAC

Trong bối cảnh hiện nay, việc kiểm soát chất lượng không khí trong các công trình, nhà xưởng, tòa nhà thông minh và môi trường làm việc đang ngày càng được quan tâm. Khí CO2 là một trong những yếu tố quan trọng quyết định chất lượng không khí trong nhà. Nồng độ CO₂ tăng cao có thể gây mệt mỏi, giảm khả năng tập trung, ảnh hưởng đến sức khỏe người lao động, học sinh và cư dân trong tòa nhà.

Để đo lường và kiểm soát nồng độ CO2, các hệ thống HVAC (Heating, Ventilation and Air Conditioning – Hệ thống sưởi, thông gió và điều hòa không khí) cần được trang bị cảm biến CO2. Sự kết hợp này không chỉ đảm bảo môi trường sống và làm việc an toàn, mà còn giúp tối ưu hóa năng lượng, giảm chi phí vận hành và nâng cao hiệu quả hoạt động của tòa nhà.

Giới thiệu tổng quan về cảm biến khí CO2 và HVAC

Cảm biến khí CO2 là gì?

Cảm biến CO2 là thiết bị điện tử được thiết kế để phát hiện và đo lường nồng độ khí carbon dioxide trong môi trường. Nồng độ CO2 thường được đo bằng đơn vị ppm (parts per million – phần triệu). Cảm biến CO2 sử dụng nhiều nguyên lý khác nhau để xác định nồng độ khí, phổ biến nhất là:

• Cảm biến NDIR (Non-Dispersive Infrared): Sử dụng khả năng hấp thụ tia hồng ngoại đặc trưng của CO2.
• Cảm biến điện hóa: Khí CO2 tham gia phản ứng điện hóa tạo ra dòng điện tỷ lệ với nồng độ.
• Cảm biến bán dẫn: Thay đổi điện trở khi CO2 tương tác với vật liệu bán dẫn.
• Cảm biến dẫn nhiệt: Dựa trên sự thay đổi khả năng dẫn nhiệt của CO2 so với không khí.

Các tín hiệu đo được từ cảm biến CO2 được chuyển đổi thành tín hiệu điện (0–10V, 4–20 mA hoặc giao tiếp số như Modbus) để truyền về bộ điều khiển hoặc hệ thống giám sát.

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

HVAC là gì?

HVAC là viết tắt của Heating, Ventilation, and Air Conditioning (Sưởi ấm, Thông gió và Điều hòa không khí). Đây là một hệ thống kỹ thuật phức hợp của một tòa nhà. Nhiệm vụ của nó không chỉ đơn thuần là làm mát hay sưởi ấm, mà là kiểm soát toàn diện môi trường không khí bên trong, bao gồm:

• Heating (Sưởi ấm): Cung cấp nhiệt vào mùa đông.
• Ventilation (Thông gió): Quá trình trao đổi, luân chuyển không khí giữa bên trong và bên ngoài, cung cấp khí tươi (Oxy) và loại bỏ không khí cũ (chứa CO2, mùi, chất ô nhiễm).
• Air Conditioning (Điều hòa không khí): Kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm để tạo ra sự thoải mái.

Một hệ thống HVAC hiệu quả phải đảm bảo được cả ba yếu tố trên một cách hài hòa, vừa mang lại sự tiện nghi cho người sử dụng, vừa tối ưu hóa chi phí năng lượng.

Tại sao cảm biến CO2 lại phù hợp với hệ thông HVAC

Sự kết hợp giữa cảm biến CO2 và HVAC không phải là ngẫu nhiên, mà dựa trên một mối liên hệ logic không thể tách rời: CO2 là thước đo chính xác nhất cho sự hiện diện của con người, và HVAC là công cụ mạnh mẽ nhất để điều chỉnh chất lượng không khí.

Trong một không gian kín, nguồn phát sinh CO2 chủ yếu và gần như duy nhất chính là hơi thở của con người. Càng nhiều người trong phòng, nồng độ CO2 càng tăng nhanh. Do đó, nồng độ CO2 trở thành một chỉ số đại diện cực kỳ đáng tin cậy cho không gian đó.

Hệ thống HVAC truyền thống thường được thiết kế để hoạt động theo một lịch trình cố định hoặc dựa trên cảm biến nhiệt độ. Điều này dẫn đến hai kịch bản lãng phí:

1. Thông gió quá mức: Khi phòng có ít người hoặc không có người, hệ thống vẫn cấp một lượng lớn gió tươi, gây lãng phí năng lượng khổng lồ để làm mát (hoặc sưởi ấm) lượng không khí không cần thiết này.
2. Thông gió không đủ: Khi phòng đột ngột đông người (ví dụ một cuộc họp), hệ thống không phản ứng kịp, dẫn đến nồng độ CO2 tăng vọt, gây mệt mỏi và giảm chất lượng không khí.

Cảm biến CO2 đã giải quyết triệt để vấn đề này. Bằng cách cung cấp dữ liệu thời gian thực về nồng độ CO2, nó cho phép hệ thống HVAC chuyển từ chế độ hoạt động sang chế độ thông minh, chỉ cung cấp lượng thông gió vừa đủ, đúng lúc, đúng chỗ.

Các ứng dụng của cảm biến khí CO2 trong hệ thống HVAC

Điều khiển thông gió theo nhu cầu (DCV – Demand Control Ventilation)

Đây là ứng dụng quan trọng và mang lại giá trị kinh tế cao nhất. Demand Control Ventilation (DCV) là một chiến lược vận hành HVAC thông minh, trong đó lưu lượng gió tươi được điều chỉnh tự động dựa trên nhu cầu thực tế của không gian, thay vì chạy ở mức cố định.

Cơ chế hoạt động:

• Cảm biến CO2 được lắp đặt tại các vị trí chiến lược (như trong phòng họp, hội trường, lớp học, hoặc trên đường ống gió hồi).
• Cảm biến liên tục đo nồng độ CO2 và gửi tín hiệu về Hệ thống Quản lý Tòa nhà (BMS).
• Hệ thống BMS được lập trình với một ngưỡng CO2 mong muốn (ví dụ: 800-1000 PPM).
• Khi nồng độ CO2 đo được thấp hơn ngưỡng, BMS sẽ ra lệnh cho van gió tươi (damper) đóng lại một phần và giảm tốc độ quạt cấp gió tươi (VSD Fan), giảm thiểu lượng không khí bên ngoài cần xử lý.
• Ngược lại, khi nồng độ CO2 tăng cao và vượt ngưỡng (do có nhiều người), BMS sẽ tự động mở rộng van gió tươi và tăng tốc độ quạt để đưa thêm không khí trong lành vào, pha loãng và giảm nồng độ CO2 xuống mức an toàn.

Giảm tải năng lượng và tối ưu chi phí vận hành

Ứng dụng DCV trực tiếp dẫn đến lợi ích to lớn về năng lượng. Tại các vùng khí hậu nóng ẩm như Việt Nam, chi phí để làm mát và tách ẩm cho không khí tươi từ bên ngoài chiếm một phần rất lớn trong tổng hóa đơn tiền điện của một tòa nhà. Bằng cách chỉ lấy gió tươi khi thực sự cần thiết, cảm biến CO2 giúp hệ thống HVAC:

• Giảm tải cho máy làm lạnh (Chiller): Ít không khí nóng ẩm cần làm lạnh hơn, giúp Chiller hoạt động ít hơn hoặc ở mức tải thấp hơn.
• Giảm công suất quạt: Quạt chạy ở tốc độ thấp hơn sẽ tiêu thụ điện năng ít hơn theo quy luật lập phương (giảm 20% tốc độ có thể tiết kiệm gần 50% điện năng).
• Kéo dài tuổi thọ thiết bị: Thiết bị chạy ít hơn sẽ giảm hao mòn và kéo dài chu kỳ bảo trì.

Đảm bảo chất lượng không khí trong nhà (IAQ – Indoor Air Quality)

Trong khi tiết kiệm năng lượng là một lợi ích kinh tế, đảm bảo IAQ là một lợi ích về sức khỏe và hiệu suất làm việc. Cảm biến CO2 đóng vai trò là người giám sát chất lượng không khí 24/7. Nó đảm bảo rằng nồng độ CO2 không bao giờ vượt quá các ngưỡng được khuyến nghị bởi các tiêu chuẩn quốc tế như ASHRAE 62.1. Việc duy trì nồng độ CO2 ở mức thấp giúp:

• Tăng cường sự tỉnh táo và tập trung: Giảm thiểu các triệu chứng của (Sick Building Syndrome) như đau đầu, buồn ngủ.
• Cải thiện sức khỏe hô hấp: Việc tăng cường thông gió khi cần thiết giúp pha loãng không chỉ CO2 mà còn cả các chất ô nhiễm bay hơi khác (VOCs), vi rút, vi khuẩn tích tụ trong không khí.
• Tăng sự hài lòng của người sử dụng: Một môi trường làm việc trong lành sẽ giúp nhân viên cảm thấy thoải mái, khỏe mạnh và gắn bó hơn.

Tích hợp với hệ thống quản lý Tòa nhà (BMS)

Cảm biến CO2 hiện đại không còn là một thiết bị độc lập. Chúng được thiết kế để tích hợp liền mạch vào hệ thống BMS thông qua các tín hiệu analog (4-20mA, 0-10V) hoặc các giao thức truyền thông số (Modbus, BACnet). Việc tích hợp này mang lại khả năng quản lý tập trung và thông minh:

• Giám sát từ xa: Kỹ sư vận hành có thể theo dõi nồng độ CO2 của mọi khu vực trong tòa nhà từ một phòng điều khiển trung tâm.
• Phân tích dữ liệu và báo cáo: BMS có thể lưu trữ dữ liệu lịch sử, vẽ biểu đồ xu hướng (trending), giúp các nhà quản lý năng lượng phân tích mô hình sử dụng và xác định các cơ hội tiết kiệm mới.
• Điều khiển liên động: Tín hiệu CO2 có thể được sử dụng để điều khiển liên động nhiều hệ thống khác nhau, không chỉ HVAC mà còn cả hệ thống chiếu sáng hoặc các hệ thống cảnh báo.

Ứng dụng trong nhà kính và khu vực sản xuất

Ngoài các tòa nhà thương mại, cảm biến CO2 còn có ứng dụng quan trọng trong các môi trường đặc thù. Trong các nhà kính nông nghiệp công nghệ cao, CO2 là một yếu tố quan trọng cần thiết cho quá trình quang hợp. Cảm biến CO2 được sử dụng để điều khiển hệ thống châm CO2, duy trì nồng độ ở mức tối ưu (thường 1000-1500 PPM) để thúc đẩy cây trồng phát triển nhanh và tăng năng suất. Trong các khu vực sản xuất công nghiệp, đặc biệt là những nơi sử dụng CO2 trong quy trình (nhà máy bia, nước giải khát), cảm biến CO2 đóng vai trò cảnh báo an toàn, phát hiện sớm sự rò rỉ có thể gây nguy hiểm cho công nhân.

Phát hiện và cảnh báo sớm tình trạng ô nhiễm khí

Mặc dù cảm biến CO2 chỉ đo trực tiếp nồng độ CO2, nó là một chỉ số đại diện tuyệt vời cho sự tích tụ của các chất ô nhiễm khác do con người tạo ra. Khi con người hiện diện, họ không chỉ thở ra CO2 mà còn giải phóng các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOCs) từ hơi thở, mồ hôi, nước hoa (bio-effluents). Do đó, khi nồng độ CO2 tăng cao, có thể suy ra rằng nồng độ của các chất ô nhiễm này cũng đang tăng theo. Việc hệ thống HVAC tăng cường thông gió dựa trên tín hiệu CO2 sẽ đồng thời giúp loại bỏ cả các chất ô nhiễm này.

Một số mẫu cảm biến CO2 ứng dụng trong HVAC phổ biến hiện nay

• Cảm biến CO2 gắn ống gió SCD.D51.MD
• Cảm biến khí CO2 gắn phòng SCD.R51.MDRRB
• Cảm biến CO2 Lefoo LFG201
• Cảm biến CO2 trong nhà Lefoo LFG203
• Cảm biến khí CO2 đường ống Lefoo LFG202
• Cảm biến khí CO2 và nhiệt độ gắn ống gió UG-M-SENSE III
• Cảm biến nồng độ CO2 CDT series

Lợi ích của cảm biến khí CO2 trong hệ thống HVAC

Tựu trung lại, việc tích hợp cảm biến CO2 vào hệ thống HVAC mang lại một chuỗi lợi ích đa tầng, từ tài chính, sức khỏe đến sự bền vững:

• Lợi ích về môi trường & bền vững: Giảm tiêu thụ năng lượng đồng nghĩa với việc giảm phát thải khí nhà kính. Đây là một yếu tố quan trọng để các tòa nhà đạt được các chứng nhận công trình xanh như LEED, LOTUS.
• Lợi ích tài chính: Giảm đáng kể hóa đơn tiền điện (có thể lên tới 15-30% chi phí HVAC), giảm chi phí bảo trì, tăng tuổi thọ thiết bị.
• Lợi ích về sức khỏe & năng suất: Cải thiện chất lượng không khí, giảm nguy cơ lây bệnh qua đường không khí, tăng cường sự tỉnh táo, tập trung và hiệu suất làm việc của nhân viên.
• Lợi ích về vận hành: Tự động hóa hoàn toàn quá trình thông gió, giảm gánh nặng cho đội ngũ vận hành, cung cấp dữ liệu quý giá để ra quyết định.

Ứng dụng thực tế của cảm biến CO2 tại Việt Nam hiện nay

Tại Việt Nam, nhận thức về IAQ và hiệu quả năng lượng đang ngày càng tăng cao. Cảm biến CO2 đang được triển khai mạnh mẽ tại:

• Các tòa nhà văn phòng hạng A: Ở Hà Nội và TP.HCM, các tòa nhà cao cấp như Bitexco Financial Tower, Landmark 81, Lotte Center đều sử dụng hệ thống HVAC thông minh tích hợp cảm biến CO2 để vừa thu hút khách thuê, vừa tối ưu chi phí vận hành.
• Trung tâm thương mại lớn: Các TTTM của Vincom, Aeon Mall… với mật độ người thay đổi liên tục là nơi lý tưởng để ứng dụng DCV, giúp tiết kiệm năng lượng đáng kể.
• Trường học quốc tế và bệnh viện cao cấp: Những nơi này đặt tiêu chuẩn rất cao về chất lượng không khí để đảm bảo môi trường học tập và chữa bệnh tốt nhất.
• Nhà máy công nghệ cao: Các nhà máy của Samsung, Intel, LG… có các phòng sạch và khu vực sản xuất đòi hỏi kiểm soát môi trường nghiêm ngặt, trong đó có cả việc thông gió hiệu quả.

Những thách thức khi triển khai và cách khắc phục

1. Chi phí đầu tư ban đầu: Cảm biến CO2 chất lượng cao và hệ thống điều khiển đi kèm có chi phí không nhỏ.
   • Khắc phục: Cần lập một bài toán phân tích Lợi tức đầu tư (ROI). Chi phí tiết kiệm năng lượng hàng tháng thường sẽ giúp hoàn vốn đầu tư trong vòng 1-3 năm.
2. Lắp đặt sai vị trí: Lắp cảm biến gần cửa sổ, cửa ra vào, hoặc miệng gió cấp sẽ cho kết quả đo không chính xác.
   • Khắc phục: Cần tuân thủ nghiêm ngặt hướng dẫn của nhà sản xuất và các tiêu chuẩn kỹ thuật. Cảm biến nên được lắp ở độ cao ngang tầm thở (khoảng 1.5m), xa các nguồn gây nhiễu loạn không khí.
3. Thiếu bảo trì, hiệu chuẩn: Theo thời gian, cảm biến có thể bị bụi bẩn hoặc trôi tín hiệu.
   • Khắc phục: Lựa chọn các cảm biến có tính năng tự hiệu chuẩn (ABC) và lập một lịch trình kiểm tra, vệ sinh định kỳ để đảm bảo độ chính xác lâu dài.

Mua cảm biến CO2 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 là thiết bị quan trọng trong mọi hệ thống HVAC hiện đại. Việc ứng dụng cảm biến không chỉ giúp kiểm soát chất lượng không khí, bảo vệ sức khỏe con người mà còn tối ưu hóa năng lượng và chi phí vận hành. Với sự phát triển của các tòa nhà thông minh và nhu cầu giám sát môi trường chính xác, đầu tư vào cảm biến CO₂ chính hãng là quyết định kỹ thuật và kinh tế hợp lý.

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.