每個(gè)人平均每天吸入大約15kg的空氣，其中80%是室內(nèi)空氣。戶外空氣品質(zhì)一般是由政府機(jī)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，而室內(nèi)空氣品質(zhì)（IAQ）監(jiān)測(cè)則是建筑物營(yíng)運(yùn)業(yè)者或居住者的責(zé)任——前提是他們?cè)敢鈱?shí)際執(zhí)行。現(xiàn)在，新一代小型表面貼裝的低功率揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）氣體傳感器已經(jīng)上市，通過(guò)小型、低成本的元件即可實(shí)現(xiàn)分散式、本地IAQ監(jiān)測(cè)功能，因此，用戶可以更容易地操作建筑物中的空氣流動(dòng)和空氣過(guò)濾設(shè)備。本文介紹新型VOC傳感器的工作原理，以及它與絕對(duì)單一氣體傳感器的不同之處。同時(shí)，還介紹傳感器如何提供數(shù)據(jù)，使得空氣管理設(shè)備能夠更高效且有效地因應(yīng)室內(nèi)空氣品質(zhì)的變化。

如何進(jìn)行IAQ監(jiān)測(cè)？目前，商業(yè)建筑物的專業(yè)營(yíng)運(yùn)方一般利用一、兩類空氣品質(zhì)數(shù)據(jù)來(lái)控制通風(fēng)和空氣過(guò)濾系統(tǒng)的運(yùn)作。最常見(jiàn)的是，他們使用單一氣體——通常是二氧化碳（CO2）進(jìn)行絕對(duì)測(cè)量。他們也會(huì)參考居住者對(duì)空氣品質(zhì)的主觀判斷。因?yàn)槿祟惡舫鯟O2，所以有人在的房間里，CO2濃度隨時(shí)間的推移而增加是正常的，因此，在沒(méi)有足夠通風(fēng)的情況下，房間中的人越多，CO2濃度就越高。室內(nèi)空氣中CO2濃度過(guò)高會(huì)讓人有“悶”的感覺(jué)，想打瞌睡、精神不集中，而且無(wú)法有效決策。因此，現(xiàn)在配備CO2傳感器的商業(yè)建筑物管理系統(tǒng)，就可以根據(jù)測(cè)得的CO2濃度調(diào)節(jié)、過(guò)濾和/或者通風(fēng)設(shè)備的運(yùn)作。目的在于保持室內(nèi)空氣新鮮舒適，同時(shí)降低熱交換率，因?yàn)槿藶榧訜峄蚶鋮s空氣的作法，既浪費(fèi)金錢又耗費(fèi)了能源。事實(shí)上，CO2濃度是代表某一空間中人員密度的適當(dāng)方式。而且由于人類會(huì)生產(chǎn)VOC和CO2——在科學(xué)上稱之為“生物排放”，現(xiàn)在的建筑物營(yíng)運(yùn)方通常認(rèn)為配置了調(diào)節(jié)CO2濃度功能的空調(diào)設(shè)備也能充分調(diào)節(jié)室內(nèi)空氣中多種VOC的濃度。實(shí)際的考慮因素支持了這種假設(shè)。CO2傳感器元件經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，封裝、價(jià)格和功耗特性已經(jīng)非常具有吸引力，足以確保其能整合至主流建筑物自動(dòng)化設(shè)備的電路板中。直到最近，可選的VOC濃度測(cè)量方法還相當(dāng)有限。有一些測(cè)量和分析懸浮于空氣中VOC的方法，包括光電離、火焰電離、比色管和波長(zhǎng)吸收等是比較輕便的方法。而在實(shí)驗(yàn)室中，傾向于結(jié)合使用氣相層析與質(zhì)譜（稱為GC-MS）的方法。然而，這些方法并不適合用于緊湊、本地化、低功率的空氣品質(zhì)傳感設(shè)備，因?yàn)樗麄儾皇求w積太大就是功耗太高。這就是為什么推出新一代金屬氧化物（MOX） VOC傳感器的原因，現(xiàn)在它可提供表面貼裝IC型封裝，功率只有毫瓦級(jí)，對(duì)于IAQ監(jiān)測(cè)領(lǐng)域來(lái)說(shuō)非常令人期待。這些低成本、緊湊型的低功耗VOC傳感器件很容易整合于燈具、空調(diào)、風(fēng)扇以及風(fēng)扇遠(yuǎn)端控制裝置等日常用品——甚至是手機(jī)中。分散式的本地VOC傳感是切實(shí)可行的，而且也是發(fā)展趨勢(shì)之一。

圖1：通常會(huì)在室內(nèi)發(fā)現(xiàn)的VOC類型及其來(lái)源因此，空調(diào)設(shè)備使用者應(yīng)重新考慮他們是否還只是依賴于CO2數(shù)據(jù)。事實(shí)上，VOC濃度不會(huì)隨著CO2濃度的變化而上升和下降，主要有兩個(gè)原因：

首先，并不是所有的VOC都是由人產(chǎn)生的（見(jiàn)圖1）；其次，人類產(chǎn)生CO2的速率是持續(xù)的，而且在不活動(dòng)時(shí)一般會(huì)相當(dāng)穩(wěn)定。然而，人類產(chǎn)生VOC是波動(dòng)，例如在飯后一段時(shí)間內(nèi)會(huì)上升。根據(jù)美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所（NIST）建筑物和消防研究實(shí)驗(yàn)室的報(bào)告指出：“許多污染源并非僅來(lái)自居住者，還包括建材的排放物，以及從戶外進(jìn)入建筑物的污染物等。CO2濃度并不能提供與居住者無(wú)關(guān)的釋放源所排放的污染物濃度等數(shù)據(jù)。”（A K Persily，1996）例如，在只有一個(gè)人的房間中，CO2傳感器記錄到室內(nèi)空氣中的CO2濃度較低，但最近重新安裝了新家居和地毯，還用黏膠在房間的墻壁和地板上黏貼了一些固定裝置。在這種情況下，房間中的空調(diào)設(shè)備通常被配置為在此環(huán)境下提供最小通風(fēng)量，導(dǎo)致唯一的居住者呼吸大量的懸浮VOC。室內(nèi)空氣中高濃度的VOC顯著影響到居住者的舒適感。CO2是無(wú)味的，但VOC氣味很重，而且（大部份VOC）令人不愉快。然而，空氣中VOC的影響不僅僅是讓人感到不舒服。美國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)局（EPA）網(wǎng)站列出了短期和長(zhǎng)期的健康影響，指出這些影響可能與室內(nèi)空氣中的VOC有關(guān)。EPA指出的這些影響包括： 眼睛、鼻子和喉嚨有刺激感 ；頭痛、失去協(xié)調(diào)和惡心；損害肝、腎，以及中樞神經(jīng)系統(tǒng)；一些有機(jī)物會(huì)導(dǎo)致動(dòng)物癌癥；有些甚至被懷疑或已知會(huì)導(dǎo)致人類癌癥。因此，上面的這些實(shí)例促使OEM開(kāi)始在IAQ監(jiān)測(cè)設(shè)備中使用表面貼裝MOX VOC傳感器。MOX氣體傳感器的工作原理如圖2所示。

圖2：芯片型MOX氣體傳感器的工作原理MOX VOC元件本身可檢測(cè)到多種VOC，并提供對(duì)應(yīng)于VOC濃度變化的相對(duì)輸出。當(dāng)配備了板載處理器時(shí)，該傳感器還能夠計(jì)算多種VOC的等效相對(duì)值。由于這些元件的輸出是相對(duì)的，因此不需要校準(zhǔn)。另外，還有一類絕對(duì)輸出氣體傳感器：它們對(duì)于安全攸關(guān)的應(yīng)用來(lái)說(shuō)是理想的也是必要的選擇，在這些應(yīng)用中，某些氣體濃度過(guò)高會(huì)對(duì)生命或者健康構(gòu)成直接威脅。這種絕對(duì)輸出元件通常： 相對(duì)比較昂貴；只能檢測(cè)一種氣體；需要定期校準(zhǔn)以提供準(zhǔn)確的輸出數(shù)據(jù)。在IAQ監(jiān)測(cè)應(yīng)用中這些因素顯然不受歡迎。VOC傳感器是對(duì)這種重要但有限絕對(duì)測(cè)量源的補(bǔ)充：這種傳感器能夠檢測(cè)到多種VOC，因此可以用于檢測(cè)由一種或者多種VOC化合物引起的室內(nèi)空氣品質(zhì)變化——而這會(huì)影響建筑物內(nèi)的人。在IAQ監(jiān)測(cè)中，例如ams CCS811（2.7mm x 4mm x 1.1mm，LGA封裝）或iAQ-CORE（接腳布局為15mm x 18mm的整合傳感器模組）等寬頻譜傳感器，并非針對(duì)安全攸關(guān)應(yīng)用的某種特殊氣體報(bào)告其絕對(duì)ppm值，而是提供環(huán)境中多種VOC濃度的相對(duì)變化值，包括但不限于圖1所列出的。在IAQ監(jiān)測(cè)應(yīng)用中，MOX VOC傳感器可以與絕對(duì)輸出CO2傳感器一起使用，隨時(shí)為CO2濃度提供確切的基準(zhǔn)。VOC傳感器補(bǔ)強(qiáng)了絕對(duì)CO2的測(cè)量，采集有關(guān)VOC事件的其它數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)不一定與居住者（通常是CO2濃度升高的主要原因）直接相關(guān)，如圖3所示。

圖3：在多人使用會(huì)議室數(shù)小時(shí)后，VOC傳感器和CO2傳感器同時(shí)運(yùn)作時(shí)的測(cè)量值比較圖3中，在VOC傳感器指示空氣品質(zhì)下降期間，CO2傳感器完全沒(méi)有任何動(dòng)靜，這可能是由于在會(huì)議休會(huì)期間使用清潔化學(xué)品，或者來(lái)自打印機(jī)和復(fù)印機(jī)等設(shè)備的排放造成的。因應(yīng)VOC傳感器的輸出（而非CO2傳感器的指示），通常會(huì)有更好的通風(fēng)；因此，在此例中，出現(xiàn)VOC事件期間，將會(huì)為居住者改善房間中的空氣品質(zhì)。

空調(diào)系統(tǒng)測(cè)量數(shù)據(jù)的標(biāo)定

諸如CCS811或iAQ-Core等VOC傳感器能夠有效地檢測(cè)空氣中VOC濃度隨時(shí)間的變化。但是，如何使用這些數(shù)據(jù)來(lái)管理空氣過(guò)濾或空氣流動(dòng)設(shè)備的運(yùn)作？今天，空氣管理系統(tǒng)的配置通常為了因應(yīng)所測(cè)量的CO2濃度絕對(duì)值。因此，iAQ-Core和CCS811包括執(zhí)行所提供算法的處理器，計(jì)算相對(duì)eCO2（等效CO2）值以及相對(duì)TVOC（總揮發(fā)性有機(jī)化合物）值。如此，則可讓空氣品質(zhì)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員將來(lái)自傳感器的輸入轉(zhuǎn)換為適當(dāng)?shù)闹噶睿缣?a href="http://m.xsypw.cn/tags/高通/" target="_blank">高通風(fēng)設(shè)備的風(fēng)扇速度，或者把通風(fēng)口開(kāi)寬一些——或在VOC濃度下降后，放慢過(guò)濾和/或者空氣交換速度以降低能耗。根據(jù)測(cè)試顯示，eCO2的計(jì)算相對(duì)值參考適當(dāng)?shù)幕鶞?zhǔn)值，且主要是由人類VOC排放引起的，與絕對(duì)CO2傳感器測(cè)量的實(shí)際CO2濃度變化密切相關(guān)（參見(jiàn)圖4）。

圖4：在7天時(shí)間內(nèi)，將來(lái)自ams MOX氣體傳感器計(jì)算標(biāo)定的eCO2值與由絕對(duì)CO2傳感器測(cè)量的實(shí)際值進(jìn)行比較

整合IAQ監(jiān)測(cè)的新機(jī)遇

如今，芯片型VOC傳感器的尺寸、成本和功耗等優(yōu)勢(shì)，使其成為空調(diào)系統(tǒng)管理區(qū)域的分散式傳感來(lái)源，將它們整合于空氣品質(zhì)管制系統(tǒng)中只是時(shí)間早晚的問(wèn)題——最終將建立一個(gè)更健康、更愉快的工作、生活和娛樂(lè)環(huán)境。還可以在以前不具有空氣品質(zhì)感測(cè)功能的終端產(chǎn)品中整合小型表面貼裝VOC傳感器，從而體現(xiàn)了這類傳感器的價(jià)值所在。例如，炊具罩中的寬頻譜VOC傳感器可以檢測(cè)原料和熟食氣味、煙霧、清潔劑等產(chǎn)生的空氣中VOC濃度的變化，根據(jù)這些變化自動(dòng)管理氣流。這樣，廚師就不用去手動(dòng)操作換氣設(shè)備了。VOC傳感器在任何室內(nèi)空間都非常有幫助，包括公共交通工具、私家車以及醫(yī)院、辦公室和商店等公共建筑。由于這些傳感器非常小，足以和其他電子元件一起安裝在PCB上，因此幾乎可以與任何連接元件整合，從而輕松地連接至空氣管理系統(tǒng)。