CO2, VOC, PM2.5 и NOx: что на самом деле измеряет датчик качества воздуха

На обложке и схемах использованы реальные изображения датчиков S+S Regeltechnik, Regin и Produal. Инженерные схемы подготовлены редакцией SMARTHOFF.

Материал подготовлен и проверен инженерной редакцией SMARTHOFF. Дата публикации: 7 августа 2026.

«Качество воздуха» — не одна физическая величина, и универсального чувствительного элемента для нее не существует. За надписью на корпусе может стоять прямой датчик CO2, металлооксидный сенсор летучих органических соединений, оптический измеритель частиц, расчетный индекс или их комбинация. Это разные измерения — с разными возможностями и разными ограничениями.

Поэтому датчик выбирают не по словам «качество воздуха», а по цепочке: задача → физический параметр → принцип измерения → ограничения → монтаж и интерфейс → конкретная модель. Ниже — разбор каждого параметра, сравнительная таблица, сценарии выбора по типу объекта и список данных, которые стоит собрать до подбора.

Величина, сигнал, индекс и «светофор»: четыре разных уровня

Чтобы сравнивать датчики осознанно, полезно разделять четыре уровня:

• Физическая величина — то, что реально присутствует в воздухе: концентрация диоксида углерода, масса взвешенных частиц, влажность.
• Сырой сигнал сенсора — то, что выдает чувствительный элемент: поглощение инфракрасного излучения, изменение сопротивления металлооксидного слоя, рассеяние света на частицах.
• Обработанный индекс — результат алгоритма поверх сигнала: VOC Index, NOx Index, eCO2. Он может быть относительным и зависеть от истории работы сенсора.
• Интегральный показатель интерфейса — итоговый «балл качества воздуха» или цветовая индикация, которые прибор строит из нескольких каналов по фирменной логике.

Один корпус может содержать несколько отдельных сенсоров. Свежий пример такой архитектуры — трекер Atmotube PRO 2, внутри которого работают четыре независимых канала Sensirion: прямой CO2 (STCC4), VOC/NOx (SGP41), частицы (SPS30), температура и влажность (SHT40). Здесь этот пример нужен только как иллюстрация принципа «один прибор — несколько измерений»; для проекта важен состав каналов конкретной модели.

Интегральный индекс не является самостоятельной физической величиной или нормативным показателем. Его алгоритм и шкала зависят от производителя: часть реализаций документирована или открыта, часть — нет. Использовать индекс в управлении можно, когда производитель описывает его назначение, а логика подтверждена проектом. Делать выводы о безопасности по одному индексу нельзя.

Прямой CO2: опорный параметр вентиляции по потребности

Датчик прямого CO2 измеряет именно диоксид углерода. В помещениях с людьми CO2 часто используют как косвенный показатель загрузки и как управляющий параметр demand-controlled ventilation. При этом CO2 не является полным показателем качества воздуха и сам по себе не подтверждает соответствие воздухообмена всем требованиям проекта: он ничего не сообщает о частицах, угарном газе или запахах.

Прямое измерение CO2 — не один принцип:

• например, S+S AERASGARD RCO2-W измеряет CO2 оптическим NDIR-методом, что прямо указано производителем;
• сенсор Sensirion STCC4 производитель прямо называет датчиком прямого измерения CO2 на принципе теплопроводности (thermal conductivity sensing).

Оба варианта измеряют именно CO2, но принцип, диапазон, компенсация и условия применения различаются — их сверяют по документации точной модели. Считать все CO2-датчики NDIR-приборами неверно.

Коммерческий пример карточки прямого CO2-преобразователя для помещений — датчик CO2 Regin CO2RT-R в каталоге SMARTHOFF; параметры и пригодность для конкретного проекта сверяются по документации модели.

VOC, TVOC и VOC Index: смесь газов, а не одно вещество

VOC — летучие органические соединения: широкая группа веществ, от растворителей и отделочных материалов до продуктов жизнедеятельности людей. Металлооксидный (MOX) сенсор реагирует на изменение газовой смеси в целом: его сырой сигнал — изменение сопротивления чувствительного слоя, а не концентрация конкретного вещества.

Пример современного MOX-решения — Sensirion SGP41 с раздельными VOC- и NOx-сигналами, которые обрабатывает фирменный Gas Index Algorithm. VOC Index описывает текущее состояние газового фона относительно недавней истории самого сенсора: он показывает, что фон изменился, но не отвечает, какое соединение появилось и в какой концентрации. Такой индекс чувствителен сразу к нескольким VOC, не различает отдельные соединения и не заменяет лабораторный анализ. И важно: VOC-сигнал — не прямое измерение CO2.

NOx Index: соседний канал со своей интерпретацией

Даже когда VOC- и NOx-сигналы выдает один чип, как у SGP41, это разные каналы с разной чувствительностью и разными алгоритмами. NOx Index — относительный обработанный сигнал конкретной системы. Он формируется из канала, чувствительного к событиям с окисляющими газами, включая NOx, но не является селективным измерением всех оксидов азота или универсальной концентрацией NO либо NO2. Универсальных порогов для него нет. Объединять VOC и NOx в одну «общую загрязненность» нельзя: интерпретация каждого индекса зависит от алгоритма и задачи.

PM1, PM2.5 и PM10: частицы и капли, а не газ

PM (particulate matter) — взвешенные в воздухе твердые частицы и жидкие капли; PM2.5 и PM10 — размерные фракции по аэродинамическому диаметру, как их определяет US EPA. Это принципиально не газ: PM-канал не «видит» CO2, VOC или CO. Американские регуляторные пороги EPA при этом не переносятся в российский проект — нормы определяются применимыми требованиями.

Оптический пример — Sensirion SPS30: принцип лазерного рассеяния света, выход по нескольким фракциям (PM1.0, PM2.5, PM4, PM10). Диапазоны, точность и ресурс из datasheet относятся только к этой модели — переносить их на весь класс нельзя. Общее ограничение класса в другом: оптический PM-сенсор оценивает частицы по рассеянию света и не определяет химический состав каждой частицы. «PM2.5 в норме» не означает отсутствие специфических загрязнителей — и наоборот.

CO и CO2: одна буква разницы — разные задачи

Угарный газ CO и диоксид углерода CO2 — разные газы с разными источниками и разными рисками. CO образуется в том числе при неполном сгорании — двигатели, котлы, печи; NIOSH прямо рекомендует специализированный мониторинг там, где CO может присутствовать.

Отсюда инженерная граница: на парковке, в котельной, в зоне работы двигателей нельзя выводить безопасность из показаний CO2, VOC или общего IAQ-индекса. Контроль CO — отдельная задача с подходящим прибором, применимыми нормами и проектными требованиями. Американские предельные значения в российский проект не переносятся; медицинские рекомендации и универсальные аварийные уставки — вне рамок этой статьи и вне возможностей комфортного IAQ-датчика.

eCO2/CO2eq: расчетная оценка, а не измерение CO2

eCO2 (CO2eq) — «эквивалентный CO2». Документированный пример принципа — Sensirion SGP30: в datasheet производитель называет его металлооксидным мультипиксельным газовым сенсором и указывает, что TVOC и CO2eq рассчитываются внутренними алгоритмами из измерений, связанных с этанолом и водородом. То есть CO2eq — производная оценка по газовой смеси, а не подсчет молекул CO2. (SGP30 имеет статус end of life и используется здесь только как документированный пример принципа, а не как товарная рекомендация.)

Одинаковая единица ppm на дисплее не делает методы эквивалентными. Прямой CO2-датчик и eCO2-алгоритм могут показывать разные значения, потому что первый измеряет CO2, а второй рассчитывает эквивалент по другому газовому сигналу. Считать их двумя равноценными измерениями одной величины нельзя. Если проект регулирует вентиляцию по фактическому CO2, нужна модель с заявленным прямым измерением CO2.

В каталогах встречаются VOC-преобразователи с эквивалентным CO2-выходом — пример: канальный VOC-преобразователь Produal 1135640. Такой выход удобен, когда контроллер ожидает сигнал «в единицах CO2», но по принципу это VOC-производный эквивалент, а не прямое измерение CO2 — подмену этих понятий стоит исключить еще на этапе проектирования.

Температура и влажность: отдельные параметры и контекст

Температура и относительная влажность — самостоятельные измеряемые величины: комфорт, технология, защита от конденсации. Одновременно они служат контекстом и компенсацией для газовых и пылевых каналов: характеристики многих сенсоров зависят от условий, и способ компенсации определяется конкретной моделью. В многоканальных приборах за температуру и влажность может отвечать отдельный сенсор — как SHT40 в примере Atmotube PRO 2. Совместное применение CO2, температуры и влажности — стандартная практика мониторинга воздуха в HVAC.

Сравнительная таблица: что измеряется и чего не видно

Пороги и нормы в таблице намеренно не приводятся: они определяются проектом и применимыми требованиями, а не датчиком.

Выбор по объекту: шесть сценариев

1. Переговорная или офис: вентиляция по присутствию людей

• Вопрос инженера: как управлять воздухообменом по фактической загрузке?
• Полезный параметр: прямой CO2; температура и влажность — для климата.
• Чего нельзя заключить: низкий CO2 не означает отсутствие других загрязнителей — пыль, CO и запахи CO2-канал не видит.
• Проверить в проекте: нормы воздухообмена и уставки, комнатное или канальное исполнение, сигнал для контроллера, нужен ли дисплей или реле.

2. Помещение с запахами, отделкой или технологическим источником VOC

• Вопрос: должна ли вентиляция реагировать на выделения и запахи?
• Полезный параметр: VOC-канал или VOC Index как индикатор изменений фона.
• Чего нельзя заключить: относительный индекс — не концентрация конкретного вещества и не инструмент нормативного контроля; идентификация состава — задача лабораторного анализа.
• Проверить: характер источника, требуемая реакция автоматики, достаточно ли относительного индекса или проекту нужны прямые измерения конкретных веществ приборами другого класса.

3. Парковка, котельная, зона возможного неполного сгорания

• Вопрос: как контролировать угарный газ?
• Полезный параметр: специализированный контроль CO по применимым нормам.
• Чего нельзя заключить: безопасность по CO не выводится из CO2, VOC или общего IAQ-индекса — это safety-задача.
• Проверить: применимые нормы и проектные требования, класс прибора (газоаналитика и сигнализация, а не комфортный IAQ-датчик), схему оповещения и управления вентиляцией.

4. Мастерская, склад или производство с пылью и аэрозолями

• Вопрос: нужен ли контроль взвешенных частиц?
• Полезный параметр: PM-канал с нужными проекту фракциями.
• Чего нельзя заключить: оптический PM-канал не сообщает о газах и составе пыли; запыленность влияет и на ресурс самого сенсора.
• Проверить: характер аэрозоля, диапазоны, стойкость и обслуживание сенсора в пыльной среде; требования охраны труда — отдельным контуром по применимым нормам.

5. Приточный или вытяжной канал

• Вопрос: измерять в помещении или в канале?
• Полезный параметр: канальные исполнения нужных величин.
• Чего нельзя заключить: канальные и комнатные показания не взаимозаменяемы — канал показывает смешанный поток, комнатный датчик — зону обслуживания.
• Проверить: репрезентативность точки отбора, скорость, температуру и влажность потока, монтажное исполнение по руководству модели.

6. Многопараметрическая диспетчеризация здания

• Вопрос: какие каналы выводить в BMS и как?
• Полезный параметр: комбинированные приборы с раздельными каналами (CO2, VOC, PM, температура и влажность) и подходящим интерфейсом.
• Чего нельзя заключить: «больше значков на корпусе» не означает лучше; интегральный индекс без описания алгоритма не заменяет отдельные каналы.
• Проверить: перечень каналов с единицами и диапазонами, протокол и карту регистров, разделение ответственности: комфортные измерения передаются в BMS, а функции безопасности выделяются в объеме, предусмотренном проектом и применимыми нормами; их данные при необходимости также могут передаваться в диспетчеризацию.

Монтаж, динамика и обслуживание

Единой высоты монтажа, интервала обслуживания и срока службы для всех типов датчиков и задач нет. Эти параметры проверяют по применимым требованиям, проекту и руководству конкретной модели:

• исполнение: помещение или канал;
• репрезентативность точки отбора: датчик должен видеть воздух обслуживаемой зоны, а не застойный угол, приточную струю или прямой источник рядом;
• время отклика и алгоритмическое усреднение: индексы с историей реагируют иначе, чем прямые каналы;
• допустимые температура и влажность, риск конденсации, способ компенсации;
• загрязнение оптики и чувствительных элементов пылью и аэрозолями;
• калибровка и самокалибровка: способ, условия применимости, влияние на показания;
• ресурс и регламент: измерительные приборы качества воздуха не являются необслуживаемыми по определению.

Интерфейс и включение в автоматику

Интерфейс — параметр выбора конкретной модели, а не свойство класса. По документации сверяют:

• аналоговые выходы 0-10 В или 4-20 мА и то, какой канал на них назначен;
• релейные выходы и логику срабатывания;
• цифровые протоколы — Modbus RTU по RS-485, BACnet: карту регистров или объектов, единицы и диапазоны каждого канала;
• питание прибора;
• сколько измерений реально доступно наружу: комбинированный прибор с одним аналоговым выходом потребует решить, какой канал использует автоматика.

Что передать инженеру SMARTHOFF

Для проверки архитектуры измерений и подбора датчика соберите:

1. тип объекта и задачу измерения;
2. предполагаемый источник загрязнения или контролируемый процесс;
3. помещение или канал и место установки;
4. требуемые параметры по отдельности: CO2, VOC, PM, CO, NOx, температура, влажность;
5. нужно ли прямое измерение CO2;
6. нужны ли safety- или alarm-функции (это отдельный класс задач);
7. диапазоны и применимые нормы проекта;
8. сигнал или протокол и контроллер верхнего уровня;
9. питание;
10. требования к дисплею, реле и локальной индикации;
11. условия среды: температура, влажность, пыль, риск конденсации;
12. требования к калибровке и обслуживанию.

С этими данными инженер сможет проверить, нужен ли прямой CO2, VOC, PM, контроль CO или комбинация каналов, и предложить варианты из каталога датчиков для систем автоматизации и HVAC. Точный подбор по словам «датчик качества воздуха» без этих данных невозможен — и обещать его было бы неправильно.

FAQ: частые вопросы о датчиках качества воздуха

Можно ли датчиком VOC заменить датчик CO2?

Нет. VOC-сенсор реагирует на смесь органических соединений, а не на диоксид углерода. Если задача — вентиляция по присутствию людей или требование проекта — фактический CO2, нужен датчик с прямым измерением CO2.

Чем eCO2 отличается от прямого измерения CO2?

eCO2/CO2eq — расчетная оценка, которую алгоритм строит из сигналов газового MOX-сенсора; молекулы CO2 при этом не измеряются. Прямой датчик измеряет сам CO2. Одинаковая единица ppm не делает методы эквивалентными.

Измеряет ли PM2.5 запахи и газы?

Нет. PM-канал оценивает взвешенные частицы и капли выбранных размерных фракций оптическим методом. Газы (CO2, VOC, CO) он не видит и химический состав частиц не определяет.

CO и CO2 — это один и тот же датчик?

Нет. CO — токсичный угарный газ от неполного сгорания, CO2 — показатель присутствия людей и воздухообмена. Это разные сенсоры и разные задачи; контроль CO выполняется подходящим прибором по нормам проекта, а не выводится из показаний CO2 или VOC.

Какой датчик использовать для управления вентиляцией в офисе?

Чаще всего основой служит прямой датчик CO2, дополненный температурой и влажностью. Конкретную модель, исполнение (комната или канал), уставки и интерфейс определяют по проекту — универсального ответа нет.

Нужен ли один комбинированный датчик или несколько отдельных?

Зависит от задачи. Комбинированный прибор может сократить количество корпусов и монтажных работ, но важно, чтобы каждый нужный параметр измерялся отдельным подходящим каналом и был доступен автоматике. Для safety-контроля, например CO, архитектуру, класс приборов и независимость защит определяют проект и применимые нормы; общий IAQ-канал такие функции не заменяет.

Первичные источники

• Sensirion: Atmotube PRO 2 — пример многоканальной архитектуры
• Sensirion STCC4 — прямое измерение CO2 по теплопроводности
• S+S Regeltechnik AERASGARD RCO2-W — оптический NDIR-принцип
• Vaisala: Demand Controlled Ventilation
• Sensirion SGP41 — раздельные VOC- и NOx-сигналы
• Sensirion: What is the VOC Index?
• Sensirion: What is the NOx Index?
• Sensirion SPS30 — оптическое измерение PM
• US EPA: Particulate Matter (PM) Basics
• Sensirion SGP30 — datasheet: расчет TVOC и CO2eq из MOX-сигналов
• CDC/NIOSH: Carbon Monoxide Hazards at Work
• Vaisala: Indoor Air Quality Monitoring