Testen van infrarood sensoren voor derden

Het aantal parameters dat sensoren kunnen meten, neemt ook toe. Waar het eerst vooral temperatuur, relatieve vochtigheid, CO₂ en aanwezigheid betrof, wordt er tegenwoordig ook steeds vaker fijnstof, VOC’s en geluid gemeten. Daarnaast wordt er ook steeds vaker een integrale datastructuur ontwikkeld om alle (meet)data te verzamelen, op te slaan en met derden te delen in een Cloud omgeving.

Sensoren worden vaak ontwikkeld door bedrijven als verlichtingsproducenten, die niet beschikken over relevante HVAC kennis. Omdat deze sensormetingen cruciale data leveren voor het goed functioneren van de complete HVAC installatie -en daarmee voor een substantieel deel de duurzaamheid van het gebouw en het welzijn van de gebouwgebruikers bepalen- is het goed functioneren ervan van groot belang.

Positie temperatuursensoren

Naast dat nieuwe sensoren meer functies krijgen, worden er ook nieuwe manieren van meten ontwikkeld en op de markt gebracht. Traditioneel wordt de luchttemperatuur in de ruimte gemeten met een sensor voorzien van een thermistor die het verschil in weerstand (en daarmee de temperatuur) meet, hiervoor moet de lucht in de ruimte langs de sensor stromen. 

De locatie van de sensor is van (groot) belang om een accurate meting te krijgen. Traditioneel wordt een sensor (vaak onderdeel van de thermostaat) gemonteerd op een hoogte van 1,5 meter op een positie waar de zon niet direct op kan schijnen en waar de lucht vrij langs kan stromen; bijvoorbeeld dus niet achter kasten, planten, kapstokken of andere obstakels.

Met de nieuwe kantoorindelingen en -inrichtingen, wordt het steeds lastiger om een goede plek op een wand te vinden. Bovendien zijn wanden ook steeds vaker van glas en moeten ze snel en eenvoudig verplaatst kunnen worden. Als gevolg hiervan worden (temperatuur) sensoren steeds vaker in het plafond, vaak in de verlichtingsarmatuur, geplaatst. Vanuit estethisch oogpunt worden deze sensoren flush in de armatuur of het plafond gemonteerd. Hierdoor stroomt er geen directe lucht meer langs het sensing-element, hetgeen een minder acurate (temperatuur)meting tot gevolg heeft.

Infrarood temperatuursensoren

Om een juiste temperatuurmeting met een flush in het plafond of verlichtingsarmatuur gemonteerde sensor te krijgen, hebben verschillende (verlichtings)fabrikanten een infrarood temperatuursensor ontwikkeld. Het essentiële verschil met een traditionele temperatuursensor die de luchttemperatuur meet, is dat een infrarood sensor de temperatuur van het onderliggende oppervlak meet.

Door het inblazen van lucht met een bepaalde snelheid, het afzuigen van ‘gebruikte’ lucht, maar ook onder invloed van temperatuurverschillen van de verschillende oppervlakken (zoals wanden, vloer en plafonds, glasoppervlakten, de temperatuur van apparatuur en mensen én de beweging van deze mensen in de ruimte), beweegt de lucht door de hele ruimte . Hierdoor is het op 1 positie meten van de (lucht)temperatuur voldoende om de temperatuur van deze ruimte goed en stabiel te kunnen regelen. Doordat een infrarood temperatuursensor slechts een beperkt meetgebied heeft van enkele vierkante meters en daarnaast alleen de oppervlaktetemperatuur van dit gebied meet, is 1 sensor in de ruimte onvoldoende. In een standaard regelzone van 20 m² waar 1 standaard temperatuursensor wordt toegepast, zijn meestal 4 infrarood temperatuursensoren nodig.

Testen in een wetenschappelijke HVAC omgeving

Omdat de sensoren niet door producenten van HVAC (regel)techniek zijn ontwikkeld, maar wel een centrale rol spelen bij het verzamelen van de juiste meetdata voor het goed en stabiel regelen van het binnenklimaat (met een focus op welzijn en duurzaamheid), hebben wij in de afgelopen periode voor twee grote producenten van verlichtingsoplossingen hun infrarood temperatuursensoren getest. 

In Purmerend beschikt HC Groep over een uitgebreid full scale klimaatlaboratorium waar onder wetenschappelijke omstandigheden binnenklimaattesten worden uitgevoerd. In deze testomgeving wordt een deel van een nieuw te bouwen of te renoveren gebouw in de schaal 1:1 nagebouwd, inclusief de gevel. Hierdoor ontstaat een representatieve situatie waarin producten en systemen uitgebreid onder verschillende omstandigheden getest kunnen worden. In de ruimte en op de gevel worden zomer, winter en tussenseizoen (externe belasting) natuurgetrouw gesimuleerd, evenals de interne belasting van personen en apparatuur. De metingen en dataverzameling vindt plaats met geijkte sensoren en meetapparatuur en wordt op wetenschappelijke manier vastgelegd, waardoor elke meting gereproduceerd kan worden.

Uitgevoerde testen

Gedurende een periode van een aantal maanden hebben infrarood temperatuursensoren van 2 fabrikanten ‘meegedraaid’ met klimaatkamertesten voor verschillende projecten, waardoor er een representatief beeld is ontstaan van de kwaliteit van de metingen in vergelijk met traditionele temperatuursensoren en de sensoren van het klimaatlaboratorium.

De testen hebben plaatsgevonden onder verschillende en wisselende omstandigheden. Naast alle verschillende seizoensinvloeden is er ook getest onder statische en dynamische omstandigheden, bij koeling, verwarming en onder isotherme omstandigheden en met verschillende klimaatsystemen zoals all-air, klimaatplafonds en vloerverwarming. De data van alle sensoren -standaard, klimaatloboratorium en infrarood- werd verzameld in het data-acquisitiesysteem van het klimaatlaboratorium, online gedeeld met de fabrikanten en daarnaast gepresenteerd in vergelijkingsgrafieken.

Testresultaten

Algemeen kan gesteld worden dat het meten van de temperatuur, zijnde niet de luchttemperatuur, in de ruimte met de infrarood temperatuursensoren zoals getest, goed werkt als inputparameter voor een stabiele binnenklimaatregeling. Wat opvalt, is dat een infraroodmeting ‘sneller’ is dan een meting met een thermistorsensor. Aangezien een binnenklimaatregeling een ‘rustige’ regeling is, zal -om te voorkomen dat er te grote temperatuurschommelingen optreden en dat de installatie gaat pendelen- het meetsignaal voor specifieke applicaties (regeltechnisch) gedempt moeten worden.

Doordat er specifieke oppervlaktetemperaturen worden gemeten in plaats van langsstromende lucht, hebben hotspots zoals mensen, apparatuur en zonne-inschijning invloed op de meting. Het algoritme van de leverancier bepaald hoe hiermee wordt omgegaan en daarmee de nauwkeurigheid van de meting in relatie tot een traditionele temperatuursensor.

Nieuwe functies

Doordat een infrarood temperatuurmeting per sensor tientallen kleinere spotmetingen doet, worden er met deze sensordata nieuwe functies ontwikkeld. Eén van deze nieuwe functies is het meten van aanwezigheid. Met de spotmetingen worden temperatuurverschillen, zoals tussen bijvoorbeeld een persoon en een bureau, eenvoudig geregistreerd. Met het juiste algoritme wordt de aanwezigheid van personen vervolgens eenvoudig vastgesteld. Afhankelijk van de nauwkeurigheid van de meting én de werking van het algoritme, is daarnaast ook lokalisatie van personen mogelijk.

Onze faciliteiten

Naast het klimaatlaboratorium beschikt HC Groep over de volgende, uitgebreide ontwikkel- en testfaciliteiten: 

• Het maken van CFD-berekeningen
• Het produceren van prototypes
• Mogelijkheid tot het 3D printen van prototypes
• Geluidskamer
• Testopstellingen voor luchtdichtheidsprestaties
• Specifieke productprestatie-opstellingen
• Diverse product- en systeemdemonstratie-opstellingen
• Solutions center

Met deze faciliteiten kan HC Groep voor elke project, in elk marktsegment en voor elke situatie -hoe complex ook- een passende oplossing ontwikkelen.