Die Luftqualität in geschlossenen Räumen kann auch durch andere Schadstoffe als CO₂ beeinträchtigt werden. Multi-Gas-Sensoren wie die ScioSense ENS16x-Serie bieten eine intelligentere, umfassendere Lösung zur Erkennung schädlicher Verbindungen und zur Optimierung der Belüftung in Wohnungen und Fahrzeugen.

Die Luft ist für unser Leben von grundlegender Bedeutung, und ihre Qualität hat einen direkten Einfluss auf unsere Gesundheit und unser Wohlbefinden. Verschmutzte Luft trägt mit der Zeit zu einer Vielzahl von Gesundheitsproblemen bei. Daher ist eine zuverlässige Überwachung der Luftqualität unabdingbar, insbesondere in geschlossenen Räumen wie Wohnungen, Büros oder Fahrzeugen. Herkömmliche Messgeräte, die sich nur auf Kohlendioxid (CO₂) konzentrieren, erfassen nicht das gesamte Bild der Luftqualität. Dieser Artikel untersucht, wie Multigassensoren eine vollständigere und genauere Möglichkeit bieten, die Luftqualität in Echtzeit zu beurteilen, und erörtert die Funktionen, Anwendungen und Vorteile der Verwendung von ScioSense ENS16x Serie für die Überwachung der Luftqualität.

Die Bedeutung der Luftqualität in Innenräumen und im Fahrzeug

Die Luft in geschlossenen Räumen kann eine Vielzahl von unsichtbaren Schadstoffen enthalten, darunter flüchtige organische Verbindungen (VOCs), Kohlendioxid (CO₂), Stickstoffdioxid (NO₂), Formaldehyd und Feinstaub. Schlechte Belüftung und luftdichte Gebäudekonstruktionen verschlimmern die Anhäufung dieser Schadstoffe noch weiter und machen die Luftqualität in Innenräumen zu einem erheblichen Gesundheitsproblem.

Nach den Richtlinien der Weltgesundheitsorganisation (WHO) wird die Exposition gegenüber flüchtigen organischen Verbindungen mit einer Reizung der Atemwege, allergischen Reaktionen und sogar einem erhöhten Risiko für bestimmte Krebsarten in Verbindung gebracht. Außerdem können diese Verbindungen den Schlaf stören, Kopfschmerzen auslösen und die Symptome von Personen mit Asthma oder anderen chronischen Atemwegserkrankungen verschlimmern. Kinder, ältere Menschen und Menschen mit bereits bestehenden Gesundheitsproblemen sind besonders gefährdet. Die Auswirkungen sind je nach Verbindung sehr unterschiedlich. Benzol wird beispielsweise mit akuter myeloischer Leukämie und Genotoxizität in Verbindung gebracht, während Formaldehyd Reizungen der Sinnesorgane verursachen kann und mit Nasopharynxkrebs und myeloischer Leukämie in Verbindung gebracht wurde. Stickstoffdioxid wird häufig von Gasöfen und Verbrennungsprozessen emittiert und kann zu Atemwegssymptomen, Entzündungen der Atemwege und einer verminderten Immunabwehr führen. In ähnlicher Weise wurden selbst Spuren von Stoffen wie Trichlorethylen und Tetrachlorethylen mit Organschäden und verschiedenen Formen von Krebs in Verbindung gebracht. 1, 2 Dies zeigt, wie wichtig eine umfassende Überwachung der Luftqualität in Innenräumen ist.

Diese Überwachung der Luftqualität wird im Fahrzeuginneren noch wichtiger, da die Situation aufgrund des engen Raums und zusätzlicher Schadstoffquellen oft noch schlechter ist. Zum Beispiel können Motoremissionen von außen in die Kabine gelangen oder die Insassen selbst tragen durch ausgeatmetes CO₂ und Wasserdampf zur Verschlechterung der Luftqualität bei. Angesichts der Häufigkeit und Dauer moderner Pendlerfahrten ist saubere Luft in Fahrzeugen eine Notwendigkeit für Wohlbefinden und Sicherheit.

Multi-Gas-Sensoren für die intelligente Überwachung der Luftqualität

Herkömmliche Systeme zur Überwachung der Luftqualität verlassen sich oft auf Ein-Parameter-Sensoren wie CO₂-Sensoren. Bei diesem Ansatz wird jedoch ein kritischer Aspekt außer Acht gelassen, nämlich dass schädliche Luftschadstoffe wie VOCs und oxidierende Gase auch dann vorhanden sein können, wenn die CO₂-Werte niedrig sind. Sich ausschließlich auf CO₂ zu verlassen, kann zu falsch-positiven Ergebnissen für saubere Luft führen.

Fortschrittliche Multigas-Sensortechnologien wie die ScioSense ENS16x-Serie überwinden diese Einschränkung jedoch, indem sie einen ganzheitlichen Überblick über die Luftqualität liefern. Die ENS16x-Serie verwendet die TrueVOC®-Technologie, die fortschrittliche Metalloxid-Gassensorelemente (MOX) mit intelligenten On-Chip-Algorithmen integriert. TrueVOC® kombiniert ein präzises Hardwaredesign mit proprietären Datenverarbeitungstechniken, um komplexe Gasgemische zuverlässig in genaue, umsetzbare Luftqualitätsmetriken zu interpretieren. Diese Kombination ermöglicht es dem Sensor, komplexe Muster von VOCs und oxidierenden Gasen mit hoher Empfindlichkeit und Präzision zu erkennen. Die eingebetteten Algorithmen interpretieren die Sensor-Rohdaten, um aussagekräftige Luftqualitätsindikatoren wie äquivalentes CO₂ (eCO₂) und Gesamt-VOC (eTVOC) zu liefern, ohne dass eine komplexe externe Kalibrierung oder Datenverarbeitung erforderlich ist.

Einer der Hauptvorteile des Einsatzes von Multi-Gas-Sensoren ist außerdem die verbesserte Energieeffizienz. In einem Praxistest wurde beispielsweise ein bedarfsgesteuertes Belüftungssystem (DCV) mit einem TVOC-Sensor in einem Fitnessstudio um 24 % kürzer betrieben als ein ähnliches System mit einem CO₂-Sensor. Trotz der verkürzten Betriebszeit behielt das System die guten Luftqualitätsbewertungen der Nutzer bei und erzielte eine Senkung der Gesamtkosten um 60 %. Dies beweist, wie die VOC-basierte Steuerung die Belüftungsleistung optimieren kann, ohne den Komfort der Nutzer zu beeinträchtigen. 1

Hauptmerkmale der ScioSense ENS16x Serie

Die ENS16x-Serie von ScioSense umfasst die Modelle ENS160 und ENS161. Diese Metalloxid-Gassensoren sind für die hochpräzise, stromsparende und intelligente Überwachung der Luftqualität konzipiert.

Multi-Parameter-Luftqualitätsüberwachung

Die ENS16x-Serie kann mehrere wichtige Indikatoren für die Luftqualität in Echtzeit messen. Sie bietet Ausgaben für eCO₂, eTVOC und Luftqualitätsindexwerte - sowohl standardisiert (AQI-S) als auch UBA-basiert (AQI-U), wobei sich das UBA auf das deutscheUmweltbundesamt bezieht, dessen Luftqualitätsrichtlinien in ganz Europa weit verbreitet sind. Der eCO₂-Wert schätzt die CO₂-Konzentration, während der eTVOC-Wert eine allgemeine Bewertung der Frische der Innenraumluft bietet, indem er ein breites Spektrum an flüchtigen organischen Verbindungen erfasst. Die AQI-Werte hingegen dienen als intuitive Indikatoren, die die Entscheidungsfindung in Luftqualitätsmanagementsystemen vereinfachen.

Eingebettete Intelligenz mit On-Chip-Gas-Algorithmus

Der ENS16x wurde als „Sensor mit Gehirn“ bezeichnet, denn im Gegensatz zu herkömmlichen Sensoren, die lediglich Rohdaten liefern, verfügt der ENS16x über einen leistungsstarken integrierten Mikrocontroller, auf dem ein hochentwickelter Gasalgorithmus läuft. Dieser eingebettete Algorithmus interpretiert die Sensormesswerte kontinuierlich im Kontext und berücksichtigt dabei Umweltfaktoren und interne Kalibrierungsdaten, um aussagekräftige Metriken zur Luftqualität zu generieren. Dadurch liefert der Sensor direkt nach dem Auspacken einsatzbereite Daten. Entwickler müssen keine komplexe Signalverarbeitung implementieren oder Zeit für die Feinabstimmung von Parametern aufwenden, was die Markteinführung beschleunigt und außerdem ein höheres Maß an Konsistenz und Zuverlässigkeit über Produktlinien hinweg gewährleistet.

Ultra-niedriger Stromverbrauch

Die energieeffiziente ENS16x-Serie unterstützt eine Vielzahl von Betriebsmodi für unterschiedliche Energiebudgets. In Ultra-Low-Power-Konfigurationen können die Sensoren mit einer durchschnittlichen Stromaufnahme von nur 150 µA betrieben werden, was eine kontinuierliche Überwachung selbst in batteriebetriebenen Geräten wie tragbaren Luftqualitätsmessgeräten ermöglicht. Für Anwendungen, die eine höhere Genauigkeit oder schnellere Reaktionszeiten erfordern, können die Sensoren dynamisch auf aktivere Konfigurationen umschalten, um ein Gleichgewicht zwischen Präzision und Stromverbrauch zu bieten. Diese Flexibilität ermöglicht es den Produktentwicklern, den Energieverbrauch auf die spezifischen Anforderungen der Endanwendung abzustimmen.

Integrierte Luftfeuchtigkeits- und Temperaturkompensation

Die Messungen der Luftqualität können durch Umgebungsbedingungen wie Luftfeuchtigkeit verzerrt werden, da diese die Wechselwirkung zwischen Gasen und der Sensoroberfläche beeinflusst. Die ENS16x-Serie bewältigt diese Herausforderung durch eine integrierte automatische Feuchtigkeits- und Temperaturkompensation. Der Sensor nutzt die Temperatur- und Luftfeuchtigkeitswerte eines anderen Sensors, vorzugsweise des ScioSense ENS21x um genaue Messwerte in einer Vielzahl von Umgebungen zu gewährleisten. Diese Kompensation erfolgt vollständig auf dem Chip und erfordert keine externen Sensoren oder manuellen Korrekturen.

Vielseitige Schnittstellenoptionen für einfache Integration

Die ENS16x Serie bietet flexible digitale Schnittstellenoptionen, darunter sowohl I²C als auch SPI, die eine einfache Verbindung mit verschiedenen Mikrocontrollern und System-on-Chip (SoC)-Plattformen für Unterhaltungselektronik, Smart Home Hubs, HVAC-Controller oder Automotive ECUs ermöglichen. Die Dual-Interface-Unterstützung ermöglicht es Entwicklern, die Systemleistung zu optimieren, unabhängig davon, ob sie eine höhere Kommunikationsgeschwindigkeit oder eine minimale Pin-Belegung benötigen. Dadurch lässt sich die ENS16x leicht in bestehende Hardware-Ökosysteme integrieren, ohne dass ein umfangreiches Redesign erforderlich ist, was den Entwicklungsaufwand für Embedded-Teams verringert.

Kompaktes Gehäuse mit Oberflächenmontage-Kompatibilität

Die ENS16x-Sensoren werden in einem kompakten 4 mm x 5 mm großen LGA-Gehäuse (Land Grid Array) mit niedrigem Profil geliefert, was sie ideal für platzsensitive Designs macht. Ihr oberflächenmontierbarer Formfaktor unterstützt die automatisierte Pick-and-Place-Montage, was die Produktionsabläufe in der Großserienfertigung rationalisiert.

Anwendung in intelligenten Häusern und Fahrzeugen

In intelligenten Häusern lassen sich Multigassensoren wie die ENS16x-Familie in Geräte der Hausautomatisierung wie Luftreiniger, Lüftungsanlagen und Thermostate integrieren und können dynamisch auf das Vorhandensein von schädlichen Gasen reagieren.

Die Echtzeit-Erkennung von VOCs ermöglicht es den Geräten, ihre Aktivität auf der Grundlage der tatsächlichen Schadstoffwerte zu modulieren, anstatt sich auf zeitbasierte oder manuelle Auslöser zu verlassen. So kann beispielsweise ein Luftreiniger seine Leistung erhöhen, wenn nach Reinigungsarbeiten oder beim Kochen Spitzenwerte von VOCs festgestellt werden. Ebenso können HLK-Systeme, die mit diesen Sensoren ausgestattet sind, den Luftstrom präventiv erhöhen, wenn die Schadstoffwerte in Innenräumen steigen, insbesondere in Räumen, die nur zeitweise belegt sind. Die von der ENS16x-Serie bereitgestellten Schätzungen von eCO₂ und eTVOC können von intelligenten HLK-Algorithmen verwendet werden, um Verbesserungen der Luftqualität mit Energieeinsparungen in Einklang zu bringen. Diese Sensoren können auch in batteriebetriebene oder festverdrahtete Smart Home-Geräte integriert werden, ohne die Systemkomplexität oder die Wartungszyklen zu beeinträchtigen.

Auch in Fahrzeugen können luftdichte Kabinen Schadstoffe aus Innenmaterialien, externen Emissionen und der Atmung der Passagiere einschließen. Die ENS16x-Serie verbessert die Luftqualität in der Kabine, indem sie es den HVAC-Systemen ermöglicht, den Luftstrom dynamisch anzupassen und so eine gesündere und komfortablere Fahrt zu gewährleisten.

Fazit

Die ScioSense Multigassensoren der Serie ENS16x bieten mit ihren fortschrittlichen Funktionen und Möglichkeiten eine hochpräzise Überwachung der Luftqualität in Echtzeit und ermöglichen so eine intelligentere Automatisierung und bessere Gesundheitsergebnisse. Ihre Fähigkeit, eine breite Palette von Schadstoffen zu erkennen und diese Daten in verwertbare Ergebnisse umzuwandeln, macht sie ideal für intelligente, gesundheitsbewusste Produkte.

Erstausrüster (OEMs) und Ingenieure, die auf der Suche nach hochmodernen Lösungen zur Überwachung der Luftqualität sind, sollten die ScioSense Website besuchen, um weitere Informationen über die fortschrittlichen Produkte zu erhalten.

Referenzen

1. Messen Sie VOCs, um eine hohe Luftqualität in Innenräumen zu erhalten. Klicken Sie hier um den technischen Artikel zu lesen.
2. Weltgesundheitsorganisation. (2010). WHO-Richtlinien für die Luftqualität in Innenräumen: Ausgewählte Schadstoffe. WHO-Regionalbüro für Europa.
3. Datenblatt für den ENS160 Digitaler Metalloxid-Multi-Gas-Sensor.
4. Datenblatt für den ENS161 Digitaler Metalloxid-Multi-Gas-Sensor.
5. Intuitive Einblicke in die Luftqualität - ENS161: Der Sensor mit Gehirn.

*Artikel veröffentlicht von Wevolver, geschrieben von Taha Khan