通过二氧化碳监测室外空气质量?

“空气质量”一词涵盖与健康和环境空气舒适度有关的大多数要素。当谈到室外空气时,人们通常会关注到那些对健康有害的物质,例如颗粒物、二氧化氮、碳氢化合物、一氧化碳或臭氧等。这些物质大多来自燃烧源,而在燃烧过程中也会产生大量二氧化碳。

局部空气质量不仅取决于当地的临时排放,还取决于当前的通风条件,即气象条件。在空气交换较少的情况下,如低风速、低对流或逆温层环境下,区域犹如被“盖上盖子”,会导致污染物积聚。在这种情况下,二氧化碳也会持续积聚。因此,当地的二氧化碳含量与燃烧源(如交通或工业)造成的污染有直接关系。

我们当然可以使用专用传感器逐一测量每种污染物质。但是,这些传感器通常需要维护、成本高或可靠性低。例如,颗粒物传感器需要定期清洁光学元件,而且读数不稳定。二氧化氮传感器的读数会随时间漂移,需要定期校准和更换。更重要的是,所有这些污染物质都必须通过特定的传感器才能进行测量。

众所周知,二氧化碳传感器可靠性高、精度高、免维护且无需校准。通过测量燃烧相关排放物与当地通风条件之间的比例关系,可以有效监测当地空气质量。

当然,当地二氧化碳含量与特定污染物之间的相关系数取决于污染源。例如,柴油发动机会比汽油发动机产生更多的二氧化氮。相关系数会因城市而异,也会因季节而异。我们可以在城市中的某一个地点监测精确的相关系数,然后通过数据统计法将其用于估计所有只监测二氧化碳的地点的污染因子。较高的二氧化碳读数始终是瞬时空气交换中排放量较高的标志,表明污染物风险较高。接近背景水平的低二氧化碳水平则意味着不存在污染物积聚,表明空气是清新的。

 

在瑞典斯德哥尔摩Gullmarsplan附近散步时监测到的二氧化碳水平如下:

 

在交通流量较小的街道上,二氧化碳水平接近新鲜空气背景水平(400 ppm)。在交通灯十字路口附近,二氧化碳含量超过700 ppm,而在Nynäsvägen附近,二氧化碳含量约为600ppm。

使用二氧化碳作为示踪气体并非新技术,这已是室内空气质量测量的标准方法。在室内空气中,病毒、挥发性有机化合物、细菌、异味等都会引发问题。针对这些不同物质的专用传感器尚不具备可靠性,并且需要维护且成本高昂。而二氧化碳是人类呼出气体的重要组成部分,采用二氧化碳作为示踪气体可用作替代方案。室内二氧化碳含量过高是通风不足的标志,也是病态建筑综合症的征兆。

同样地,二氧化碳浓度监测也可作为评估局部室外空气质量的有效手段,具备实时、可靠且高效的监测特性。

 

基本情况:

  • 新鲜空气中的二氧化碳含量约为400 ppm。
  • 内燃机废气中的二氧化碳含量约为140,000 ppm。
  • 人体呼出的二氧化碳含量约为50,000 ppm。
  • 室内通风平衡情况下的二氧化碳含量为1,000 ppm。二氧化碳含量1,500 ppm则意味着通风不足。

 

科学:

http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs313/en/

http://researchprofiles.herts.ac.uk/portal/en/publications/high-density-air-quality-network-at-cambridge-and-london-heathrow-airport(48db1317-3ef0-496d-8346-f483e0afdef4)/export.html

http://adsabs.harvard.edu/abs/2016EGUGA..1816213O

 

欲了解更多信息,请联系:

Henrik Rödjegård SENIOR SCIENTIST, PH.D., M.SC. E.E.
henrik.rodjegard@senseair.com