MOS VOC “air quality” sensors – long-term stability and use for residential ventilation control

Projektbeskrivelse

Fremtidens energieffektiv boligventilation vil kræve behov styring. Derfor er det nødvendig at udvikle prisbillige og robuste systemer der muliggør bred anvendelse. Metal Oxide Semiconductor (MOS) sensorer, der måler flygtige organiske forbindelser (VOC) ser ud til at være et oplagt skridt hen imod bredt tilgængelig behovstyret bolig ventilation. Praktisk set er der stadig nogle ubesvarede spørgsmål vedrørende sensorers pålidelighed, stabilitet, og brugbarhed i ventilationsregulering, samt deres effekt på luftkvalitet og energiforbrug. Dette projekt fokuserede på udforskning af MOS VOC-sensorers ydeevne. Vi havde til formål at bringe svar på førnævnte spørgsmål. Vi testede tre MOS VOC sensorer fra forskelige etablerede producenter. Projektet bestod af tre dele – feltmålinger i et beboet rækkehus, laboratoriemålinger og computersimuleringer. Resultater fra feltmålinger viser, at alle sensorer være i stand at registrere forureningsemissioner i boligen, men kun to havde sammenlignelig respons. Derfor skal den enkelte sensors egenskaber overvejes nøje ved implementering i ventilationsstyringsalgoritmer. Statistisk analyse viste en svag korrelation mellem koncentrationer af CO2 og så kaldt CO2 ækvivalent, MOS VOC output der bruger relation mellem VOC og CO2 produceret af mennesker for at indikere forurening af indeluften. Vi konkluderer derfor, at MOS VOC sensorer burde ikke bruges i stedet for CO2 sensorer. Målinger i laboratoriet bekræftede resultater fra feltet, sensorer reagerede sammenhængende til forskelige forureningsscenarier. Den største udfordring med hensyn til ventilationsregulering vidste sig at være sensorers følsomhed og tendens til høje fluktuationer af output signal. Vi udviklede en kontrol algoritme der modarbejdede skarpe koncentrationstoppe. Vi evaluerede MOS VOC sensorers effekt på energiforbrug ved brug af dynamiske simuleringer. Resultater viser, at brug af MOS VOC sensor signal resulterer i stigning af energiforbrug i sammenligning med systemer der bruger konstant luftmængde eller er styret efter CO2 koncentration. Årsag til stigningen var at ventilationssystemet arbejdede med højere luftmængder på grund af større fluktuationer i målesignalet. Resultaterne af projektet tillader ikke direkte vurdering af fordeler vedrørende luftkvalitet, men da MOS VOC-regulering førte til højere luftmængder, vil indflydelsen sandsynligvis være positiv. Med hensyn til øget energiforbrug burde MOS VOC sensorers anvendelse være motiveret ved fjernelse af uønsket forurening i stedet for energibesparelser.

Projektdetaljer