CO2 monitoring alleen is niet genoeg

CO2 nader bekeken

Koolstofdioxide - ook bekend als kooldioxide of koolzuurgas - is een anorganische verbinding van koolstof en zuurstof met als brutoformule CO2. Een anorganische verbinding is een verbinding die geen koolstof-waterstofbinding in de structuur heeft en dus per definitie geen organische verbinding is. Anorganische verbindingen maken deel uit van de Aardkorst zoals metalen en mineralen.

Koolstofdioxide bestaat uit een centraal koolstofatoom waaraan met dubbele bindingen twee zuurstofatomen zijn gebonden. In zuivere toestand is CO2 een kleurloos en geurloos gas, dat van nature in de aardatmosfeer voorkomt. De atmosfeer van de Aarde bevatte in 2020 ongeveer 417 ppm koolstofdioxide.

DE ROL VAN CO2
CO2 speelt een onmisbare rol in het leven op aarde met fotosynthese als belangrijkste chemische reactie. Simpel gezegd betekent dit dat koolstofdioxide (CO2) en water (H2O) zich verbinden tot een koolhydraat (CH2O) waarbij zuurstof (O2) vrijkomt. Dit kan alleen gebeuren onder invloed van zonlicht en van in planten aanwezige katalysatoren - bij dit proces wordt kooldioxide uit de lucht gehaald. Het interessante is dat door deze fotosynthese niet alleen planten zich ontwikkelen, maar dat bij deze reactie zuurstof als “bijproduct” vrijkomt. Zuurstof  komt in het heelal bijna niet voor en kost veel energie om te maken. Voor mens en dier is het een noodzakelijke component om te kunnen leven.

HOE PRODUCEERT DE MENS CO2?
Naast natuurlijk voorkomende koolstofdioxide produceert de mens ook CO2, namelijk tijdens het ademhalingsproces. Onder normale omstandigheden ademt een mens 14 tot 16 keer per minuut in, waarbij 400 – 500 ml lucht wordt ingeademd. Hierbij wordt door een volwassene gemiddeld 300 ml zuivere zuurstof per minuut opgenomen. Bij dit ademhalingsproces wordt de lucht ook gereinigd en gecontroleerd. De neushaartjes halen stofdeeltjes uit de lucht en aan het slijm in de neusholte blijven bacteriën, schimmelsporen en virussen kleven. Vervolgens stroomt de lucht langs het reukslijmvlies voor een laatste controle.

In de longen vindt de zogenaamde gaswisseling plaats. De gaswisseling is het uitwisselen van zuurstof (O2) en koolstofdioxide (CO2), zuurstof vanuit de lucht wordt opgenomen in het bloed en koolstofdioxide wordt afgegeven aan de lucht. De zuurstofarme en koolstofdioxiderijke lucht wordt vervolgens weer uitgeademd door de neus of de mond. Verschillende onderzoeken laten zien dat een mens gemiddeld 0,6 - 0,9 kg CO2 per dag produceert met ademhalen. Dit getal is niet zonder meer om te rekenen naar een CO2 concentratie door variabelen zoals hoe groot is de ruimte, hoeveel mensen bevinden zich in deze ruimte en hoe wordt er geventileerd.

Wat is een 'gezond' CO2-niveau?

De minimale eisen voor ventilatie en CO2-concentratie die in het Bouwbesluit van 2012 (sectie 3.6 Luchtverversing) staan opgenomen, zijn:

Wetenschappelijk onderzoek toont aan dat CO2-concentraties zoals genoemd in het Bouwbesluit voor klasse C & B te hoog zijn en (serieuze) gevolgen hebben.

Gevolgen van een te hoge CO2-concentratie
De gevolgen van een te hoge CO2-concentratie in een ruimte hebben we allemaal wel eens ervaren, de ruimte wordt bedompt en de lucht gaat ‘ruiken’. Daarnaast voel je je sloom en slaperig worden en gaat je concentratie en denkvermogen (hard) achteruit. Er is én wordt veel onderzoek gedaan naar de gevolgen van te hoge CO2-concentraties in klaslokalen, o.a.:

• In het CVGS onderzoek van 2013 staat dat 80% van de respondenten de kwaliteit van het binnenmilieu een absoluut aandachtspunt en 1 op de 4 geeft een absolute onvoldoende voor het binnenmilieu met als een belangrijkste klachten ‘te hoge temperaturen in de zomer en te lage in de winter en een slechte lucht kwaliteit onvoldoende ventilatie: muffe en onaangename lucht met concentratieverlies en hoofdpijn tot gevolg’.
• Onderzoek van Wargocki, Porras-Salazar, Contreras-Espinoza en Bahnfleth uit 2020 laat zien dat het verlagen van de CO2 concentratie van 2.100 ppm (een concentratie die verrassend vaak voor komt in klaslokalen) naar 900 ppm de prestatie ven psychologische tests en schooltaken met 12% verbeterd.
• Harvard University onderzoek door Allen en colleagues van 2016 toont statistisch significante dalingen, in cognitieve functiescores aan bij CO2 concentraties van 950 ppm, bij CO2 concentraties van 1.400 ppm waren de dalingen nog groter. Het is dus duidelijk dat een te hoge CO2 concentratie ongewenst is.

CO2-concentratie meten

We weten nu wat CO2 is en wat de negatieve gevolgen op leerprestaties zijn van te hoge concentraties. In de meeste adviezen, en als voorwaarde gesteld in de SUVIS-regeling, is de CO2 concentratie de maatstaf voor ventilatie effectiviteit en daarmee de bepalende factor bij het voorkomen van aerogene verspreiding van virussen zoals COVID-19. Dit betekent dat de CO2-concentratie nauwkeurig gemeten moet worden.

Voor het meten van de CO2-concentratie wordt een CO2 meter of -sensor gebruikt, hoe werkt zo’n sensor?

Koolstofdioxide is een gas dat met behulp van een IR (infrarood)-sensor gemeten kan worden. De belangrijkste componenten van een IR CO2-sensor zijn de lichtbron, meetkamer, interferentiefilter en IR-detector. IR-straling wordt vanaf de lichtbron via het gemeten gas op de detector gericht. Een filter aan de voorzijde van de detector voorkomt dat andere golflengten dan die welke specifiek zijn voor het gemeten gas de detectoren bereiken. De lichtintensiteit wordt gedetecteerd en omgezet in een gasconcentratiewaarde, de CO2-concentratie in ppm.

 

 

De positie van de CO2-meter/-sensor en ook de luchttemperatuur en -druk zijn van invloed op de meting, Hoogwaardige (en daardoor wat duurdere) meters/sensoren compenseren voor variaties in druk en temperatuur (autocalibratie) en geven een accuratere meting, ook over langere tijd daar waar sensoren zonder autokalibratiefunctie in de tijd ‘verlopen’ en periodiek opnieuw gekalibreerd moeten worden.

CO2-meters en sensoren
CO2-concentraties kunnen met verschillende ‘apparaten’ gemeten worden, met een handmeter, met een standalone sensor of met een netwerk sensor.

CO2-handmeter	Een CO2-handmeter wordt gebuikt om op locatie momentane metingen te verrichten. Ze worden onder andere gebruikt bij service- & onderhoudswerkzaamheden voor o.a. het controleren van sensoren. Daarnaast worden ze gebruikt bij binnenklimaatonderzoek om naast o.a. de temperatuur en relatieve vochtigheid ook de CO2-concentratie te kunnen meten.
Standalone sensor	Standalone sensoren meten continu de CO2-concentratie in de ruimten waarin de sensoren zijn geplaatst en hebben meestal batterijvoeding. De meest voorkomende uitvoeringen zijn sensoren met een zogenaamde stoplichtfunctie d.m.v. gekleurde ledjes (groen, geel en rood) en een uitvoering met een klein schermpje waarop je de gemeten CO2-concentratie kan aflezen. De gemeten waarden worden soms lokaal (beperkt) opgeslagen in dit type sensor.
Netwerk sensor	Netwerksensoren meten continu de CO2-concentratie binnen het regelsysteem waarin de sensor is gemonteerd en krijgen voeding vanuit het netwerk. Netwerksensoren communiceren (bekabeld en/of draadloos) met de bovenliggende regeling en het GebouwBeheerSysteem of GBS. De gemeten waarden kunnen realtime worden uitgelezen en worden gelogd en opgeslagen. Daarnaast wordt de gemeten waarde steeds vergeleken met de gewenste (veilige) waarde. Wanneer het regelsysteem een waarde hoger dan de gewenste waarde vastgesteld, wordt er een corrigerende actie aangestuurd, namelijk meer verse lucht aan de ruimte toevoeren en meer verontreinigde lucht uit de ruimte afvoeren.

Alleen CO2 meten is niet genoeg

In veel van de eerdergenoemde rapporten en aanbevelingen wordt door het ontbreken van sensoren die virussen zoals COVID-19 kunnen ‘meten’, de CO2-concentratie als best beschikbare alternatief aanbevolen. Op zich is de CO2-concentratie een prima indicatie voor de ventilatie-effectiviteit (soms ook ventilatie-veiligheid genoemd). Wat echter ontbreekt in de aanbevelingen zijn duidelijke instructies ten aanzien van de implementatie... Het gevolg is dat er regelmatig standalone sensoren met alleen maar een stoplichtfunctie worden toegepast. Deze sensoren geven een indicatie van de CO2-concentratie, maar het ontbreekt aan verdere instructie wat de gebruikers van de ruimte (denk bijvoorbeeld aan leraren in een klaslokaal) moeten doen als het stoplicht daadwerkelijk op rood staat.

Het openen van deuren en ramen kan verbetering brengen, maar is afhankelijk van de actiebereidheid van de leerkracht en uiteraard de weersomstandigheden: het is vaak te koud of te warm, het kan hard waaien of teveel neerslag vallen, allemaal omstandigheden waarbij ramen niet (lang genoeg) geopend kunnen worden om de CO2-concentraties weer op een gezond niveau te krijgen. De juiste oplossing is om netwerk CO2-sensoren te installeren, welke geïntegreerd zijn in de regelinstallatie en het GBS en volledig automatisch corrigerende acties aansturen van de ventilatie-installatie, zodat de CO2-concentratie altijd onder de maximale grenswaarde blijft.

Verplichte voorwaarde SUVIS-regeling

Een van de verbindende voorwaarden van de SUVIS-regeling (zie schoolventilatieblog 5) is de verplichting van het aanbrengen van kooldioxidemeters in iedere onderwijsruimte voor de monitoring van de CO2-concentratie waarvan de gegevens tenminste een jaar beschikbaar blijven. De tweede verbindende voorwaarde is, ondanks dat de regeling is bedoeld voor het verbeteren van het binnenklimaat, dat er een energieregistratie- en bewakingssysteem aangebracht moet worden. Als een registratiesysteem voor energie verplicht is, kan de CO2-meetdata probleemloos in hetzelfde systeem opgeslagen worden (voor langer dan een jaar). Bovendien vallen de investeringen op het gebied van energiebesparing ook onder de SUVIS-regeling.

Het belang van specialisten

Zoals we al eerder schreven is het begrijpelijk dat schoolbesturen, gebouwbeheerders en onderwijspersoneel soms door de bomen het bos niet meer zien als het gaat om adviezen met betrekking tot de ventilatie-installatie. Het toepassen van een (standaard) CO2-monitor lijkt eenvoudig en niet te duur. De CO2-concentratie is het beste alternatief voor het meten van de ventilatie-effectiviteit om de aerogene verspreiding van virussen tot een absoluut minimum te reduceren.

Waar het misgaat is het alleen maar meten. Als er geen actief en direct menselijk handelen volgt op een gemeten, te hoge CO2-concentratie (de monitor moet dus continu in de gaten worden gehouden), dan wordt deze alsnog hoger dan de geadviseerde maximale concentraties. Het toepassen van netwerk CO2-sensoren die automatisch corrigerende acties aansturen, waardoor er meer verse lucht wordt toegevoerd en meer verontreinigde lucht wordt afgevoerd, is essentieel. Met dit systeem voldoet men ook gelijk aan een verbindende voorwaarde van de SUVIS-regeling, namelijk het verplicht opslaan van CO2-meetdata en het zorgen voor een energiezuinig werkende ventilatie-installatie (hetgeen eveneens een SUVIS-voorwaarde betreft).

Wij herhalen dan ook onze oproep dat er zijn voldoende specialisten in de branche aanwezig zijn die bij het CO2-vraagstuk kunnen helpen. 

Adviseurs kunnen helpen bij het inventariseren van de bestaande installaties en adviseren welke maatregelen gewenst en noodzakelijk te zijn. Installateurs weten welke installaties er in het schoolgebouw aanwezig zijn en kunnen helpen met de inventarisatie, verder kunnen deze de installaties op de gewenste waarden voor ventilatie en CO2 instellen en het benodigde onderhoud uitvoeren.

Fabrikanten en leveranciers zijn de experts van de verschillende installatiecomponenten en kunnen helpen bij het inventariseren van de bestaande installaties, helpen bij het adviseren van benodigde (specialistische) maatregelen en helpen met het voorlichten en instrueren van onderwijspersoneel aangaande de apparatuur die in klaslokalen is geïnstalleerd. Al deze partijen zijn schoolbesturen, gebouwbeheerders en onderwijspersoneel graag van dienst.

Ervaren specialist op het gebied van schoolventilatie
De HC Groep heeft tientallen jaren ervaring met het realiseren van een optimaal binnenklimaat in klaslokalen. Ons portfolio omvat oplossingen voor zowel lagere scholen, middelbare scholen als hoge scholen en universiteiten, waarbij de project specifieke kenmerken en eisen altijd als uitgangspunt worden gehanteerd. Omdat elk project om een eigen oplossing vraagt, bieden wij zowel centrale als decentrale ventilatiesystemen aan geschikt voor toepassing in nieuwbouw en bestaande schoolgebouwen. Naast een breed pakket aan ventilatieoplossingen levert, installeert en onderhoud de HC Groep al meer dan 80 jaar regeltechnische producten, systemen en diensten, ook voor het monitoren en registreren van de CO2 concentratie en het energiegebruik.

Voor meer informatie verwijzen wij u naar: www.schoolventilatie.nl.