使用整合式先進感測器為現代建築進行室內空氣品質監測

無論是在家中、辦公室、學校，人們大部分的時間都待在室內。美國國家環境保護局 (EPA) 的資料顯示，美國人大約 90% 的時間都在室內，而室內污染物的濃度是室外的二到五倍。依據美國國家環境保護局的說法，影響室內空氣品質 (IAQ) 的污染物，大部分來自於建築物內部，儘管有些污染物也可能源自戶外。

由於空氣品質與人類的健康和福祉直接相關，室內空氣品質的監測更加重要和普及。加上監管部門的要求，讓人們對這些解決方案更感興趣，而空氣品質感測器的進步也促進其發展。

室內外污染源

一般室內空氣污染源包括菸草煙霧、燃油器具、燃木和燃煤壁爐、建築材料和家具，以及清潔劑、油漆、空氣清新劑等家用產品。煙霧和火會直接釋放一氧化碳 (CO)、氮氧化物 (NOx)、懸浮微粒 (PM) 到室內環境，家用產品也會將許多不同的化學物質直接引入室內空氣，包括揮發性有機化合物 (VOC)。

相對濕度 (RH) 和溫度是重要的室內空氣品質參數。這兩項參數會影響人體的舒適度和健康，以及空氣中其他污染物的含量。

戶外的空氣污染物 (如煙囪排放的煙)，會透過窗戶、通風系統、建築物的裂縫再次進入室內；而來自建築物地基的氡氣，也會透過裂縫或縫隙進入室內。建築物內的人員用水進行淋浴、烹飪、清潔時，供水中的揮發性化學物質也可能污染室內空氣。此外，人們在進入建築物時，會不經意將鞋子和衣服上的泥土和灰塵帶進室內，同時也會帶入附著在這些微粒上的污染物。

此外，室內空氣中還有生物污染物，例如人類、動物、植物所帶的病毒和細菌、動物皮屑、房屋灰塵、蟎蟲、花粉。

空氣污染的健康危害

良好的空氣品質對人體健康極為重要。空氣品質不良會影響身體各方面，包含呼吸系統疾病、疲勞、過敏 (眼睛、鼻子、喉嚨不適)。室內空氣污染物也會導致其他嚴重的健康問題，例如心臟病和癌症。

常見室內污染物 (氡、一氧化碳、退伍軍人菌等) 與健康問題之間的關聯已獲證實。例如，氡是一種已知的致癌物，也是非吸菸者罹患肺癌的主要原因。在室內短期暴露於高濃度一氧化碳中也可能致命。此外，退伍軍人病 (一種由接觸退伍軍人菌引起的肺炎) 與建築物的空調或暖氣系統、熱水池、管道維護不當有關。

健康建築標準和合規性

多年來已制定了多項標準，指引室內空氣品質的監測和維護。住宅和商業建築業主，必須重視且盡力遵守這些標準，以確保建築使用者的福祉。

提供此類準則的機構包括美國國家環境保護局 (EPA)、世界衛生組織 (WHO)、美國職業安全與健康管理局 (OSHA)、美國供暖、製冷與空調學會 (ASHRAE) 和 WELL 建築研究院。已知的建築標準要求建立系統來監測和維護良好的室內空氣品質，包括加州能源委員會制定的加州第 24 號法規 (CA 24) 和美國全球建築委員會 (USGBC) 制定的能源與環境設計先鋒 (LEED) 評級系統。特別值得一提的是 RESET 空氣標準，這是全球認證的室內空氣品質監測和認證基準，著重於對重要的室內空氣品質參數進行即時的資料導向測量。

可精準監測空氣污染的多功能合一感測器

Sensirion 等感測器製造商，需遵守相關的建築標準才能滿足市場期望。因此，他們設計並製造符合 RESET、WELL、CA24、LEED 的產品。此外，傳統產品需要多重感測器監測室內空氣品質參數，但 Sensirion 開發的 SEN6x 感測器平台 (圖 1) 整合式解決方案納入緊湊模組且容易實作，可簡化此項作業。

此產品運用整合式演算法，可測量多達九種環境參數，包括 PM1、PM2.5、PM4、PM10、RH、溫度、VOC 指數、NOx、二氧化碳 (CO₂) 和／或甲醛 (HCHO)。

圖 1：多功能合一 SEN6x 感測器平台，能測量多達九種環境參數。(圖片來源：Sensirion AG)

SEN6x 模組的關鍵組件是其小型化微機電系統 (MEMS) PM 感測單元，稱為 SPS6x。其專利幾何排列、先進的 MEMS、封裝技術，可將光源、偵測器、訊號處理、演算法整合到一個符合經濟效益且緊湊的解決方案中，用於測量 PM1、PM2.5、PM4、PM10。板載演算法分析散射光，以判定微粒的尺寸分佈和質量濃度。創新的晶片級 PM 感測技術，結合專利的鞘流技術，使 SEN6x 感測器能夠在極低的功率下提供無與倫比的灰塵防護和使用壽命。

SEN66 是此系列的主要型號，可以測量 PM、RH、溫度、VOC、NOx 和 CO₂。SEN66 採用專有的 Sensirion 溫度加速常式 (STAR) 引擎，有助於使用者從整合式感測器模組取得更快、更可靠的溫度讀數。此引擎在最終產品達到熱穩定狀態之前以動態方式估算溫度值。

針對應用開發，Sensirion 提供 SEK-SEN66 評估套件 (圖 2)。隨附用於測量多種污染物的 SEN66 整合式感測器節點、一條配接器纜線，以及用於原型設計的一組跳線。

圖 2：SEK-SEN66 評估套件包含整合式感測器模組、一條配接器纜線，以及用於連接和原型設計的一組跳線。(圖片來源：Sensirion AG)

若要使用 Sensirion 容易使用的 ControlCenter 軟體，使用者必須單獨購買 SEK-SensorBridge (圖 3)，這是感測器和主機之間的介面。

圖 3：SEK-SensorBridge 是 Sensirion 用於評估其感測器的通用介面工具。(圖片來源：Sensirion AG)

SEK-SensorBridge 技術指南說明如何使用轉接器纜線將感測器評估板實體連接到 SensorBridge，以及如何透過 USB 纜線連接到 PC。

離散式室內空氣品質感測器

Sensirion 還提供多種離散式 CO₂、RH、溫度感測器。針對 CO₂ 監測，目前提供兩種優質型號，分別是 SCD43 和 STCC4 (圖 4)。SCD43 是一款光聲非色散紅外線 (NDIR) CO₂ 感測器，而 STCC4 則採用熱傳導率感測技術。STCC4 被譽為新一代 CO₂ 感測器，是此供應商最小尺寸 (4 mm x 3 mm x 1.2 mm) 的感測器，可整合到緊湊型電子裝置中。

圖 4：STCC4 是目前市面上尺寸最小的元件之一，適用於緊湊型電子裝置。(圖片來源：Sensirion AG)

針對室內相對濕度和溫度參數的應用，可選用離散式 SHT4x 系列產品，提供高準確度和低功耗。這些產品專為電池供電的行動裝置量身打造，並符合 RESET 和 WELL 標準。

結論

感測器專家 Sensirion 開發多功能合一解決方案，整合多重感測器以及演算法和軟體，能簡化室內空氣品質監測器的評估和應用。這些解決方案使用單一緊湊型模組精準測量各種空氣品質參數。整合式感測器模組除了降低成本和加速上市之外，還能降低能耗。Sensirion 亦提供離散式感測器，這些感測器以其小尺寸、高準確度、長期穩定性、容易整合而著名。