如何进行IAQ监测室内空气品质？

每个人平均每天吸入大约15kg的空气，其中80%是室内空气。户外空气品质一般是由政府机构进行监测，而室内空气品质（IAQ）监测则是建筑物营运业者或居住者的责任——前提是他们愿意实际执行。现在，新一代小型表面贴装的低功率挥发性有机化合物（VOC）气体传感器已经上市，通过小型、低成本的元件即可实现分散式、本地IAQ监测功能，因此，用户可以更容易地操作建筑物中的空气流动和空气过滤设备。本文介绍新型VOC传感器的工作原理，以及它与绝对单一气体传感器的不同之处。同时，还介绍传感器如何提供数据，使得空气管理设备能够更高效且有效地因应室内空气品质的变化。

如何进行IAQ监测？目前，商业建筑物的专业营运方一般利用一、两类空气品质数据来控制通风和空气过滤系统的运作。最常见的是，他们使用单一气体——通常是二氧化碳（CO2）进行绝对测量。他们也会参考居住者对空气品质的主观判断。因为人类呼出CO2，所以有人在的房间里，CO2浓度随时间的推移而增加是正常的，因此，在没有足够通风的情况下，房间中的人越多，CO2浓度就越高。室内空气中CO2浓度过高会让人有"闷"的感觉，想打瞌睡、精神不集中，而且无法有效决策。因此，现在配备CO2传感器的商业建筑物管理系统，就可以根据测得的CO2浓度调节、过滤和/或者通风设备的运作。目的在于保持室内空气新鲜舒适，同时降低热交换率，因为人为加热或冷却空气的作法，既浪费金钱又耗费了能源。事实上，CO2浓度是代表某一空间中人员密度的适当方式。而且由于人类会生产VOC和CO2——在科学上称之为"生物排放"，现在的建筑物营运方通常认为配置了调节CO2浓度功能的空调设备也能充分调节室内空气中多种VOC的浓度。实际的考虑因素支持了这种假设。CO2传感器元件经过多年发展，封装、价格和功耗特性已经非常具有吸引力，足以确保其能整合至主流建筑物自动化设备的电路板中。直到最近，可选的VOC浓度测量方法还相当有限。有一些测量和分析悬浮于空气中VOC的方法，包括光电离、火焰电离、比色管和波长吸收等是比较轻便的方法。而在实验室中，倾向于结合使用气相层析与质谱（称为GC-MS）的方法。然而，这些方法并不适合用于紧凑、本地化、低功率的空气品质传感设备，因为他们不是体积太大就是功耗太高。这就是为什么推出新一代金属氧化物（MOX） VOC传感器的原因，现在它可提供表面贴装IC型封装，功率只有毫瓦级，对于IAQ监测领域来说非常令人期待。这些低成本、紧凑型的低功耗VOC传感器件很容易整合于灯具、空调、风扇以及风扇远端控制装置等日常用品——甚至是手机中。分散式的本地VOC传感是切实可行的，而且也是发展趋势之一。

图1：通常会在室内发现的VOC类型及其来源因此，空调设备使用者应重新考虑他们是否还只是依赖于CO2数据。事实上，VOC浓度不会随着CO2浓度的变化而上升和下降，主要有两个原因：

首先，并不是所有的VOC都是由人产生的（见图1）；其次，人类产生CO2的速率是持续的，而且在不活动时一般会相当稳定。然而，人类产生VOC是波动，例如在饭后一段时间内会上升。根据美国国家标准技术研究所（NIST）建筑物和消防研究实验室的报告指出："许多污染源并非仅来自居住者，还包括建材的排放物，以及从户外进入建筑物的污染物等。CO2浓度并不能提供与居住者无关的释放源所排放的污染物浓度等数据。"（A K Persily，1996）例如，在只有一个人的房间中，CO2传感器记录到室内空气中的CO2浓度较低，但最近重新安装了新家居和地毯，还用黏胶在房间的墙壁和地板上黏贴了一些固定装置。在这种情况下，房间中的空调设备通常被配置为在此环境下提供最小通风量，导致唯一的居住者呼吸大量的悬浮VOC。室内空气中高浓度的VOC显着影响到居住者的舒适感。CO2是无味的，但VOC气味很重，而且（大部份VOC）令人不愉快。然而，空气中VOC的影响不仅仅是让人感到不舒服。美国国家环境保护局（EPA）网站列出了短期和长期的健康影响，指出这些影响可能与室内空气中的VOC有关。EPA指出的这些影响包括： 眼睛、鼻子和喉咙有刺激感 ；头痛、失去协调和恶心；损害肝、肾，以及中枢神经系统；一些有机物会导致动物癌症；有些甚至被怀疑或已知会导致人类癌症。因此，上面的这些实例促使OEM开始在IAQ监测设备中使用表面贴装MOX VOC传感器。MOX气体传感器的工作原理如图2所示。

图2：芯片型MOX气体传感器的工作原理MOX VOC元件本身可检测到多种VOC，并提供对应于VOC浓度变化的