了解環境溫度與大氣壓力對二氧化碳濃度的影響

自國內施行空氣品質管理法以來，國人對於關注室內二氧化碳濃度的意識越來越強烈，但卻鮮少人了解在不同氣壓環境，對於二氧化碳濃度的差異，在此做簡單的說明。
二氧化碳濃度一般以百萬分之一(Parts Per Million, PPM)的單位來顯示，但一百萬個氣體分子的體積在不同氣壓和溫度條件之下是不同的；當氣壓下降，氣體分子的所承受氣壓降低一百萬個氣體分子的體積會增加；溫度所造成的影響則是相反的，當溫度降低，氣體分子會靠得更緊使得一百萬個氣體分子的體積會縮小。雖然氣體的體積會隨著氣壓和溫度條件的改變，實際上二氧化碳分子的總量是不變的。
目前最普遍的二氧化碳感測技術為非分散紅外線(NDIR)感測技術，CO2感測器內建光源在氣體採樣氣室定頻的發射紅外線全光譜，僅CO2分子吸收4.26微米波段的光源其他氣體分子則不會，光源接收器依所接受到4.26微米波段的多寡換算CO2濃度。

感測器機構內氣體採樣氣室的體積是固定的，在設計上內部氣體與環境氣體可自由流動。如上述說明，氣體的體積會隨著氣壓和溫度改變但CO2分子的總量是固定的。在低氣壓或高溫環境，較少數量的氣體分子存在採樣氣室，所以氣室中也存在較少的CO2分子，環境中的CO2濃度是不變的。此條件之下，感測器會依氣室內的CO2數量給出一個低於實際濃度的偵測數值。在高氣壓或低溫環境，較多的氣體分子存在採樣氣室中，同時CO2分子的數量也較多。這時感測器會依氣室內CO2分子的數量給出一個高於實際濃度的偵測數值。

溫度與氣壓造成CO2測量數值影響
如下換算表格數值來自於Ideal Gas Law，整理出CO2數值在不同溫度與氣壓條件時的變化

表一顯示環境溫度在32 °F to 110 °F（0℃ - 43.3℃）未補償的二氧化碳濃度，初始設定CO2在1,000ppm 溫度25℃海平面高度，由表一可以發現在此溫度範圍有150ppm的濃度差異。


海拔高度會直接影響環境氣壓，表二初始設定CO2在1000ppm溫度25℃海平面高度，我們可以觀察-1000英尺到10,000英尺的二氧化碳濃度差異為349ppm

不同海拔高度對 CO2濃度的影響
單以海拔高度條件計算氣壓與未經過壓力補償的條件下，CO2感測器在台北市測得1,000ppm時，在台灣其他城市數值會有怎樣的差異呢？

                                                                                                 (如上CO2濃度依海拔高度氣壓換算)
濃度換算
自動校正程序 : SenseAir CO2 感測器內建ABC自動校正程序，透過此程序能對抗感測元件光源老化與初期運送所造成的感測器偏移。假如將CO2感測器安裝於海拔2000公尺，經過ABC校正程序能有效的將偵測數值校正貼近真實濃度數值。

真實濃度換算 : 
針對CO2數值的壓力補償，SenseAir 原廠提供的補償數值為+1.6% reading per kPa；
因壓力所造成的空氣壓縮，環境壓力每增加1 kPa，CO2 sensor所測得的數值會比真實數據高出1.6% ;

如在一大氣壓的101.3kPa以上每+1kPa，CO2 sensor所測得的數值會增加1.6% ;
假設在2個大氣壓的環境，壓力202 kPa；大氣濃度400的條件之下，CO2 sensor會測得1040ppm。
假設在1.5個大氣壓力環境，壓力151kPa；大氣濃度400的條件之下，CO2 sensor 會測得720ppm

如CO2需要得出真實的CO2環境數值，可透過如上程序還原真實環境CO2濃度。
如有更多的相關問題可與瑞嘉客服聯繫。


參考文獻:
https://www.bapihvac.com/wp-content/uploads/2011/04/Altitude_Temperature_and_CO2.pdf
Pressure Dependence of SenseAir's NDIR sensors