Monitoraggio di CO2 e qualità dell'aria con data logger Modbus e MQTT

Il monitoraggio della qualità dell'aria interna inizia di solito dalla CO2, perché indica quanto bene un ambiente è ventilato in rapporto al numero di persone presenti. Particelle, composti organici volatili e monossido di carbonio aggiungono informazioni che la sola CO2 non fornisce. Questo articolo spiega cosa indica ciascun parametro, come scegliere tra i data logger della serie CL di ICP DAS, quali interfacce e protocolli offre ciascun modello e come portare i valori in un sistema di gestione degli edifici (BMS) o in un SCADA tramite Modbus o MQTT.

Cosa indica ciascun parametro

• CO2 aumenta con l'affollamento e diminuisce con la ventilazione, per cui è il segnale di ingresso abituale per la ventilazione a domanda controllata. La serie CL usa un sensore NDIR con campo da 0 a 9.999 ppm e precisione di ±40 ppm ±3 % della lettura.
• PM1, PM2,5 e PM10 indicano particelle provenienti dall'aria esterna, da processi o da una filtrazione inadeguata. Il gruppo CL-220 usa un sensore laser con campo da 0 a 1.000 µg/m³. I modelli da CL-210 a CL-213 misurano solo il PM2,5, da 0 a 400 µg/m³.
• TVOC è un segnale complessivo prodotto da un sensore a ossidi metallici (da 0 a 60.000 ppb, ±15 %). Non identifica i singoli composti, ma mostra le tendenze dopo una ristrutturazione, una pulizia o un cambio di utilizzo. I modelli CL-204 e CL-207 aggiungono un sensore elettrochimico per la formaldeide (HCHO).
• CO indica sorgenti di combustione, ad esempio nei parcheggi interrati e nelle aree di carico. La serie CL usa un sensore elettrochimico con campo da 0 a 1.000 ppm.
• Temperatura, umidità e punto di rugiada sono misurati da tutti i modelli CL e aiutano a valutare il comfort e il rischio di condensa.

Il logger misura; non decide cosa sia accettabile. Imposta le soglie di allarme e di regolazione in base alle linee guida o alle norme applicabili all'edificio e al suo utilizzo.

Scelta di un modello della serie CL

Tutti i modelli riportati di seguito misurano anche temperatura, umidità e punto di rugiada. Ciascuno è disponibile nella versione -E (RS-485 ed Ethernet con PoE) e nella versione -WF, che aggiunge il Wi-Fi.

Per altri gas, il CL-205-E misura NH3, il CL-206-E H2S e il CL-250-E O2.

Interfacce e protocolli per modello

• Modelli -E hanno una porta RS-485 con DCON e Modbus RTU e una porta Ethernet con Modbus TCP e MQTT. Possono essere alimentati tramite PoE oppure da morsettiera (da +12 a +48 VDC; da +10 a +30 VDC per il CL-250-E).
• Modelli -WF aggiungono il Wi-Fi IEEE 802.11b/g/n in modalità infrastruttura o AP limitato. Modbus TCP funziona sia su Ethernet sia su Wi-Fi, ma MQTT è supportato solo sull'interfaccia Ethernet. Dispongono di ingressi di alimentazione ridondanti (PoE, IEEE 802.3af Classe 1, e DC) e di un filtro IP a lista bianca con password web.
• Tutti i modelli memorizzano fino a 450.000 registrazioni con data e ora e dispongono di orologio in tempo reale. L'utility iAir configura i logger, li raggruppa, mostra i valori in tempo reale e scarica i log in formato CSV.
• Ogni modello ha un'uscita a relè Form A da 16 A a 30 VDC o 250 VAC, destinata a un allarme o al comando di apparecchiature per la qualità dell'aria interna.

Se in un sito è disponibile solo il Wi-Fi e serve MQTT, interroga il logger -WF tramite Modbus TCP e lascia che un controllore pubblichi i dati.

Integrazione del monitoraggio della qualità dell'aria interna in BMS e SCADA

• Modbus TCP: i sistemi SCADA e HMI interrogano direttamente i logger tramite Ethernet o Wi-Fi.
• Modbus RTU: più logger condividono una linea RS-485 verso un PLC o verso un gateway tGW-715 che li rende raggiungibili via Modbus TCP.
• BACnet/IP: il GW-2493M funziona da server BACnet/IP e da client Modbus TCP per un massimo di 32 stazioni, mappando i registri su oggetti BACnet. Il GW-2492M fa lo stesso con dispositivi Modbus RTU.
• MQTT: i logger pubblicano su un broker che alimenta una piattaforma IoT o uno storico.
• Edge controller: il WISE-5231 legge i moduli CL, registra i dati, esegue regole IF-THEN-ELSE, invia e-mail e inoltra i valori via MQTT o verso IoTstar.

Esempio pratico: sale riunioni in un piano di uffici

Ciascuna delle otto sale riunioni riceve un CL-202-E a soffitto, alimentato via PoE dallo switch di piano. L'area open space riceve un CL-222-E per CO2 e particolato. Il BMS usa BACnet/IP, quindi un GW-2493M interroga i nove logger via Modbus TCP e mappa CO2, temperatura e umidità su oggetti BACnet, restando ampiamente entro il limite di 32 stazioni. Il controllore della ventilazione usa i valori di CO2 per la regolazione a domanda. In ciascuna sala riunioni, il relè del logger è cablato come backup locale che avvia un ventilatore di rinforzo se la CO2 resta sopra il set point. I log mensili vengono scaricati con l'utility iAir per la reportistica.

Installazione e manutenzione

• I logger CL si montano a soffitto o a parete, hanno un contenitore IP20 e funzionano da 0 a 50 °C con umidità relativa da 10 a 90 %, senza condensa. Sono destinati ad ambienti interni, non ad aree umide.
• Collocali nella zona occupata, lontano da porte, finestre e bocchette di mandata dell'aria.
• Prevedi il tempo di riscaldamento dopo l'accensione: 5 minuti per i sensori di CO2 e CO, 180 secondi per TVOC e HCHO.
• Sul gruppo CL-220, il sensore di particolato ha una durata dichiarata di 5 anni e l'utente sostituisce la cartuccia filtrante (FLT-C002). Le cartucce FLT-C001 sono elencate come accessori per i modelli da CL-210 a CL-213.
• Le durate dichiarate per i modelli da CL-221 a CL-223 sono 15 anni per il sensore di CO2 e 5 anni per il sensore di CO.

Quali prodotti ICP DAS sono adatti

I logger della serie CL-200 coprono le misure necessarie, con versioni -E per installazioni cablate con PoE e versioni -WF dove il Wi-Fi è più semplice da realizzare. I gateway tGW-700 collegano le linee RS-485 a Modbus TCP, il GW-2492M e il GW-2493M collegano i dispositivi Modbus a BACnet/IP, e gli edge controller WISE con IoTstar gestiscono registrazione, regole e archiviazione centralizzata dei dati.

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