Качество воздуха в помещениях стало критически важным фактором для обеспечения здоровой и продуктивной среды. Современный человек проводит около 80–90% своего времени в помещениях, поэтому увеличивается и риск воздействия загрязнителей. Датчики качества воздуха помогают постоянно контролировать состав воздуха, своевременно предупреждая о загрязнении и позволяя предпринять шаги по его снижению. В этой статье рассмотрим, как работают эти датчики, какие параметры они измеряют и почему их мониторинг важен в рабочей и учебной среде, а также ознакомимся с решениями в различных отраслях.
Плохое качество воздуха напрямую влияет на наше самочувствие и здоровье. Повышенный уровень CO₂ в помещении часто является основной причиной усталости, дискомфорта и снижения концентрации и работоспособности. Длительное пребывание в загрязнённом воздухе может вызывать заболевания дыхательных путей, аллергии и обострение астмы. Особенно уязвимы дети — исследования подтверждают, что качество воздуха в помещениях существенно влияет на здоровье и качество жизни детей, а рост числа заболеваний дыхательных путей среди детей способствовал ужесточению стандартов качества воздуха в детских садах и школах. Например, плохой воздух в учебных помещениях может вызывать учащённый кашель, головные боли, усталость, что ухудшает концентрацию и способности к обучению.
Повышенный уровень CO₂ в помещении часто является основной причиной усталости, дискомфорта и снижения концентрации и работоспособности
Мониторинг качества воздуха позволяет своевременно обнаружить вредные загрязнители и предпринять меры по улучшению ситуации. С помощью датчиков можно выявить невидимые угрозы — мелкие частицы пыли, летучие органические соединения (ЛОС), углекислый газ (CO₂), угарный газ (CO) и др., которые в противном случае остались бы незамеченными. Своевременное выявление загрязнений позволяет улучшить вентиляцию, использовать очистители воздуха или устранить источники загрязнений, тем самым создавая более здоровую среду. Например, сигнал от CO₂-датчика о повышенном уровне в классе побуждает проветрить помещение, что сразу же улучшает самочувствие и когнитивные способности.
Промышленные датчики качества воздуха используют различные технологии, чтобы определить и измерить концентрацию загрязнителей в воздухе. Далее рассмотрим наиболее распространённые типы датчиков и принципы их работы.
Для измерения концентрации CO₂ часто используется метод инфракрасного поглощения. Современные NDIR (недисперсионные инфракрасные) датчики с двухволновой технологией способны компенсировать эффекты старения и устойчивы к загрязнению, обеспечивая точные измерения в долгосрочной перспективе. Например, CO₂-датчики компании E+E Elektronik используют двухволновую NDIR-технологию с автоматической калибровкой, что гарантирует стабильность и точность даже в изменяющихся условиях.
Для определения мелкой пыли и частиц (например, PM₂.₅ и PM₁₀) используются лазерные оптические датчики, основанные на принципе рассеяния света. Когда частицы проходят через лазерный луч, фотодетектор датчика регистрирует интенсивность рассеянного света — по этому показателю определяется концентрация и даже размер частиц. Такие датчики позволяют быстро определить, содержит ли воздух опасное количество пыли, дыма или других аэрозолей.
Для обнаружения различных газообразных загрязнителей применяются разные методы. Датчики летучих органических соединений (ЛОС) часто основаны на полупроводниковых элементах из оксида металла, которые изменяют электрическое сопротивление при контакте с молекулами ЛОС. Такие датчики реагируют на общее качество воздуха (иногда их называют "датчиками смешанных газов"), фиксируя изменения, например, при увеличении паров чистящих средств или красок. А для обнаружения угарного газа (CO) обычно используются электрохимические датчики с электродами, которые генерируют электрический ток при взаимодействии с CO. Сила тока пропорциональна концентрации газа, что обеспечивает точное измерение.
Хотя они не фиксируют загрязнители напрямую, относительная влажность и температура являются важными параметрами внутренней среды. Высокая влажность способствует образованию плесени, а слишком сухой воздух может раздражать дыхательные пути. Поэтому многие мониторы качества воздуха одновременно измеряют температуру и влажность, помогая поддерживать комфортные условия.
Сегодня доступны многофункциональные датчики и мониторы, которые объединяют в одном устройстве несколько вышеупомянутых датчиков. Например, существуют приборы, которые одновременно измеряют CO₂, ЛОС, PM, температуру и влажность, обеспечивая полную картину качества воздуха в реальном времени. Некоторые промышленные датчики канального типа имеют даже запатентованную многокамерную конструкцию, которая позволяет одновременно измерять до четырёх различных параметров, таких как CO₂, ЛОС, температура и относительная влажность с помощью одного устройства.
Мониторинг нескольких параметров даёт всестороннюю картину состояния воздуха и позволяет точнее определить причины дискомфорта
Такой мониторинг нескольких параметров даёт всестороннюю картину состояния воздуха и позволяет точнее определить причины дискомфорта — например, высокий уровень PM сигнализирует о пыли или дыме, а повышенный CO₂ указывает на недостаточную вентиляцию. Контролируя также температуру и влажность, можно своевременно предотвратить риск появления плесени и обеспечить комфортные условия для всех находящихся в помещении.
CO₂, PM, ЛОС, CO, температура и влажность — это наиболее часто контролируемые параметры датчиками качества воздуха. Причины и влияние каждого из этих показателей различны.
Уровень CO₂ в помещении в основном повышается из-за выдыхаемого человеком углекислого газа и недостаточной вентиляции, а также в результате сжигания ископаемого топлива (например, газовые котлы). При нормальных условиях наружный воздух содержит около 400 ppm CO₂, но в плохо проветриваемых помещениях этот уровень может превышать 1000 ppm, вызывая сонливость и трудности с концентрацией. CO₂-мониторы предупреждают, когда концентрация приближается к опасной границе, позволяя своевременно проветривать помещение.
Во многих школах и офисах используются CO₂-детекторы — устройства, которые с помощью цвета или звукового сигнала показывают качество воздуха в зависимости от уровня CO₂, напоминая открыть окна. Как подчеркивают производители, CO₂-мониторы незаменимы в помещениях с большим количеством людей (школы, офисы, конференц-залы) для контроля свежести воздуха и предотвращения снижения работоспособности.
Это мелкие частицы пыли в воздухе, источниками которых могут быть загрязнение на улице (частицы от транспорта), дым, пыль, строительные материалы и др. PM2.5 (частицы ≤ 2,5 мкм) особенно опасны, так как могут проникать глубоко в лёгкие. Высокий уровень PM в помещении может возникнуть, например, при приготовлении пищи без вытяжки или при попадании загрязнённого воздуха с улицы. Датчики, измеряющие PM, помогают обнаружить пыльные и загрязнённые условия и позволяют принять меры — от уборки помещений до улучшения систем фильтрации воздуха.
К ЛОС относятся летучие химические вещества, которые испаряются из красок, лаков, чистящих средств, мебели, клеев и даже некоторых текстильных изделий. Эти вещества могут вызывать головную боль, раздражение глаз и дыхательных путей. Датчики ЛОС измеряют общее качество воздуха в отношении органических загрязнителей и часто используются для мониторинга помещений после ремонта или в местах, где применяются химические вещества. Если уровень ЛОС повышается, может потребоваться улучшение вентиляции или ограничение источника загрязнения (например, хранение красок и растворителей в герметичных контейнерах).
Бесцветный и без запаха, CO образуется в процессе неполного сгорания, например, при работе газовых обогревателей, плит, автомобильных двигателей в закрытом гараже и т. д. В помещении CO особенно опасен, так как при высокой концентрации может привести к отравлению и даже смерти. Промышленные датчики CO обычно работают на электрохимическом принципе и немедленно предупреждают о протечке CO, что важно в котельных, на автостоянках, в заводских помещениях и других местах, где используется горение. Хотя мониторинг CO не относится напрямую к "качеству воздуха" в плане комфорта, он критически важен для безопасности.
Оба этих фактора влияют на уровень комфорта и здоровье в помещении. Слишком высокая или низкая температура влияет на самочувствие, а неподходящий уровень влажности может способствовать росту плесени или вызывать раздражение дыхательных путей. Многие мониторы качества воздуха оснащены также термометром и гигрометром, чтобы пользователи могли видеть полную картину. Например, если в помещении 25 °C и 80% влажности, возникает высокий дискомфорт и риск появления плесени, даже если загрязнители находятся в пределах нормы. Поэтому комплексный мониторинг (CO₂ + PM + ЛОС + T + RH) даёт наилучшее представление о том, как улучшить микроклимат в помещении.
Важно отметить, что загрязнители не появляются сами по себе — они всегда являются результатом какого-либо процесса или источника. Например, CO₂ увеличивается из-за дыхания людей и сжигания топлива, ЛОС выделяются из химических продуктов и материалов, PM попадают с улицы или образуются внутри при сжигании и пыли, а CO может проникать из отопительных систем или транспорта. Понимание источников позволяет целенаправленно сократить выбросы — например, улучшить вентиляцию помещений, выбирать строительные материалы с низким уровнем ЛОС или поддерживать чистоту для снижения количества пыли.
Понимая источники загрязнения воздуха, можно целенаправленно снижать выбросы
На рабочих местах и в учебных заведениях контроль качества воздуха напрямую связан с продуктивностью, здоровьем и самочувствием. Неудовлетворительное качество воздуха в офисах может привести к так называемому «синдрому больного здания», который проявляется головными болями, усталостью, раздражением глаз и другими неспецифическими жалобами. В результате ухудшается работоспособность и способность к концентрации у сотрудников.
Установив CO₂ и ЛОС датчики в офисе, компании могут в реальном времени отслеживать, насколько эффективно работает вентиляция. Например, если уровень CO₂ в переговорной превышает заданный порог, система может автоматически увеличить подачу свежего воздуха или отправить уведомление управляющему зданием. Это улучшает воздухообмен и предотвращает усталость сотрудников ещё до того, как они осознают проблему.
В школах и детских садах качество воздуха ещё более критично. Дети, находясь в загрязнённой или непроветриваемой комнате, чувствуют себя хуже не только в моменте, но и долгосрочно это влияет на их здоровье. Исследования показывают, что плохое качество воздуха в помещениях (IAQ) способствует астме, бронхитам, аллергиям и даже ухудшает когнитивное развитие. Поэтому во многих образовательных учреждениях внедряются системы мониторинга качества воздуха, помогающие поддерживать безопасную среду.
Например, размещённые в классах индикаторы CO₂ с цветовой шкалой (зелёный — хорошо, жёлтый — обратить внимание, красный — немедленно проветрить) дают преподавателям и ученикам визуальную обратную связь о свежести воздуха. Аналогично, если датчик фиксирует повышенный уровень PM2.5 (например, загрязнение с улицы или пыль от мела), можно рассмотреть включение очистителя воздуха. В результате дети находятся в более здоровой среде, реже болеют и могут лучше концентрироваться на учёбе.
Дети находятся в более здоровой среде, реже болеют и могут лучше концентрироваться на учёбе
Также в производственной и исследовательской среде мониторинг IAQ имеет важное значение. В лабораториях, музеях, складах — в каждой из этих сред качество воздуха играет свою роль. Например, в музеях слишком высокая влажность или уровень пыли могут повредить экспонаты, поэтому используются датчики, которые сигнализируют о необходимости корректировки климата. В производственных помещениях загрязнение воздуха может повлиять как на здоровье работников, так и на качество продукции (например, в производстве микроэлектроники требуются чистые помещения с минимальным уровнем PM). Промышленные датчики обеспечивают постоянный контроль условий и соответствие установленным стандартам.
Регуляторная среда также усиливает значение мониторинга IAQ — во многих странах установлены стандарты качества воздуха для общественных помещений. Как отмечается в блоге Tekon Electronics, по мере роста осведомлённости о влиянии IAQ законодательство закрепляет требования к поддержанию высокого качества воздуха в детских учреждениях и других общественных зданиях. Это означает, что системы мониторинга не только заботятся о здоровье, но и помогают учреждениям соблюдать нормативы и избегать нарушений.
Благодаря высокому спросу на рынке доступны разнообразные решения для мониторинга качества воздуха, адаптированные под разные потребности.
В этой сфере широко используются CO₂-датчики в вентиляционных системах для реализации вентиляции по потребности (DCV – demand-controlled ventilation).
Например, компания E+E Elektronik производит встроенные CO₂-зонды и модули с NDIR-датчиками, которые обеспечивают точный контроль CO₂ в автоматизации зданий. Эти датчики интегрируются в HVAC-системы — при превышении порога CO₂ в помещении вентиляция автоматически усиливается, и наоборот, что позволяет экономить энергию, когда воздух уже свежий.
Также в HVAC используются комбинированные датчики, которые в одном устройстве измеряют CO₂, температуру, влажность и даже давление, позволяя полностью автоматизировать контроль микроклимата в помещении.
В промышленных процессах важна не только комфортная среда, но и безопасность процессов и качество продукции.
Например, в пищевой промышленности может потребоваться контроль уровня CO₂ в складах или производственных помещениях, чтобы обеспечить безопасность сотрудников (CO₂ используется при газировании напитков, охлаждении и т.п.). В тяжёлой промышленности или на химических производствах устанавливаются датчики ЛОС и токсичных газов, которые немедленно сигнализируют о протечке опасных веществ, защищая работников.
В чистых помещениях (например, производство микросхем) особенно важны датчики PM-частиц, контролирующие, чтобы уровень пыли не превышал строгие лимиты. Важно, что промышленные датчики часто оснащены релейными выходами или сигнализацией, способной автоматически остановить процесс или активировать вентиляцию при достижении опасного уровня загрязнения.
Как уже упоминалось, здесь популярны компактные внутренние мониторы ("IAQ-мониторы"), которые одновременно измеряют несколько параметров и сигнализируют о качестве воздуха звуком или светом.
Например, монитор EL-WEM от Lascar Electronics непрерывно измеряет PM2.5, PM10, температуру, влажность, ЛОС и давление, рассчитывая общий индекс качества воздуха и отображая его в виде цветного кольца — от зелёного ("Отлично") до красного ("Недостаточно"). Такое устройство полезно в офисах, школах, театрах и других местах массового пребывания людей, обеспечивая быструю обратную связь о состоянии воздуха.
Многие такие устройства поддерживают подключение по WiFi или Bluetooth, позволяя загружать данные в облако и отслеживать их удалённо через смартфон. Например, система Lascar EasyLog позволяет в режиме онлайн следить за показателями IAQ, получать уведомления на электронную почту или SMS и анализировать исторические данные, чтобы выявлять тренды. Другие производители, такие как Dostmann Electronic, также предлагают CO₂-мониторы с регистрацией данных — они сохраняют измерения, которые впоследствии можно проанализировать на компьютере для оценки изменения качества воздуха в течение дня.
Стоит отметить, что промышленные датчики качества воздуха находят применение также в теплицах и животноводстве. В теплицах CO₂-датчики используются для регулирования подачи углекислого газа растениям (углекислотное удобрение), а датчики пыли и аммиака в фермах помогают поддерживать здоровую среду для животных. Таким образом, датчики способствуют как повышению урожайности, так и благополучию работников и животных в этих отраслях.
На рынке доступны различные датчики и мониторы, адаптированные как для профессионального использования в промышленной среде, так и для простого мониторинга в домашних условиях. Вот актуальный обзор:
Современный IAQ-монитор, измеряющий CO₂, PM1/2.5/10, ЛОС, температуру, влажность и давление. Оснащён светодиодным кольцом-индикатором, звуковой сигнализацией и автоматической загрузкой данных в облако (EasyLog Cloud). Работает даже при отключении питания (встроенная батарея).
Wireless CO2 & Indoor Air Quality Data Logger with Alarms, EL-WEM+, Lascar |
Надёжное устройство от немецкого производителя с ЖК-экраном, измеряющее CO₂, температуру и влажность. Возможность сохранения и экспорта данных (MicroSD), а также звуковой сигнал при повышенном уровне CO₂. Удобен для классов и конференц-залов.
|
Беспроводной промышленный IAQ-датчик, измеряющий CO₂, температуру, влажность и давление. Идеально подходит для умных зданий, производства, сельского хозяйства и складов. Данные передаются на шлюз DUOS, который интегрируется в облачные платформы.
|
CO₂-датчик с точной NDIR-технологией, доступный в версиях с аналоговыми выходами или интерфейсом Modbus RTU. Отдельные модели оснащены LED-индикаторами уровня CO₂ или ЖК-дисплеем. Надёжное решение для систем управления зданиями (BMS).
|
Миниатюрный, но мощный датчик, одновременно измеряющий CO₂, температуру и атмосферное давление. Данные доступны через I²C и UART. Идеально подходит для OEM-решений и встроенных продуктов
| Устройство | Измеряемые параметры | Подключение |
|---|---|---|
| Lascar EL-WEM+ | CO₂, PM1/2.5/10, ЛОС, T, RH, давление | WiFi, EasyLog Cloud |
| Dostmann AirControl 5000 | CO₂, T, RH | USB (экспорт данных на MicroSD) |
| Tekon DUOS inAir | CO₂, T, RH, давление | LoRa (система DUOS) |
| S+S AERASGARD® RCO2 | CO₂ | Аналоговые выходы (0-10В / 4-20мА), Modbus RTU |
| E+E Elektronik EE895 | CO₂, T, давление | UART, I²C |
| Aranet4 | CO₂, T, RH, давление | Bluetooth |
| Luxafor CO₂ Monitor | CO₂, T, RH | Нет (локальный дисплей, зарядка через USB) |
| LMT Elpo | CO, дым | NB-IoT, LTE-M |
| IKEA VINDSTYRKA | PM2.5, ЛОС, T, RH | Zigbee (через DIRIGERA) |
Датчики качества воздуха и решения на основе мониторинга данных стали неотъемлемой частью современных зданий и многих процессов. Они обеспечивают как техническую точность, так и практическую пользу — улучшая здоровье, самочувствие и продуктивность людей. Как показывает опыт, своевременное предупреждение о плохих показателях позволяет быстро принять меры: проветрить помещение, отрегулировать вентиляцию, включить фильтры или устранить источник загрязнения. В результате среда становится более безопасной и комфортной.
Инвестируя в точные решения для мониторинга качества воздуха, компании и учреждения могут не только обеспечить соответствие стандартам качества воздуха, но и создать среду, в которой люди чувствуют себя хорошо и работают эффективно.
Независимо от того, будь то производственный цех, школьный класс или офис — правильно подобранный и грамотно используемый датчик качества воздуха становится умным стражем нашей повседневной среды.
Facebook
Google
LinkedIn
AirControl 5000 CO2 instrument with data logger
