具有檢測(cè)PM2.5和凈化空氣功能的透光窗戶

王璇

一、研究背景

隨著生活水平的不斷提高，人們對(duì)健康的重視程度也日漸增強(qiáng)，保持室內(nèi)空氣清新成為人們達(dá)成共識(shí)的生活習(xí)慣?？墒?，現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展和自然環(huán)境的變化，空氣質(zhì)量時(shí)有惡化，北京、上海等大城市時(shí)有霧霾天氣出現(xiàn)，惡劣天氣時(shí)間一長(zhǎng)，室內(nèi)空氣必定受影響。窗戶是室內(nèi)外空氣交流的必經(jīng)通道，發(fā)明能凈化霧霾空氣的窗戶意義非凡。

二、研究和實(shí)驗(yàn)

負(fù)離子發(fā)生器、雨滴傳感器、霧霾傳感器、繼電器、活動(dòng)裝置、鋁合金窗。通過(guò)上網(wǎng)查資料和翻閱書(shū)籍，我認(rèn)真了解了PM2.5檢測(cè)儀、聚氯乙烯（PVC）等許多電子器件和材料。

1.模擬實(shí)驗(yàn)

我最開(kāi)始思考過(guò)用空氣凈化濾片代替玻璃，但我隨即發(fā)現(xiàn)目前的空氣凈化濾片普遍無(wú)透明性，而且需要借助外力才能凈化空氣。偶然間，我看到了負(fù)離子發(fā)生器這一產(chǎn)品，仔細(xì)琢磨后，我想到了用透氣透明材料替代玻璃，然后在窗戶靠室內(nèi)一側(cè)安裝一個(gè)負(fù)離子發(fā)生器，通過(guò)繼電器和霧霾傳感器控制。研究過(guò)程中，我確定了兩個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)，對(duì)該項(xiàng)目進(jìn)行性能研究。

模擬實(shí)驗(yàn)一：負(fù)離子發(fā)生器對(duì)空氣的凈化作用實(shí)驗(yàn)

取一裝滿煙霧的塑料瓶，打開(kāi)瓶蓋，將已接通電源的負(fù)離子發(fā)生器的發(fā)射端朝向瓶?jī)?nèi)。1分30秒過(guò)后，煙霧基本被除盡。

實(shí)驗(yàn)表明，負(fù)離子發(fā)生器的確有凈化空氣的功能。

模擬實(shí)驗(yàn)二：PVC板的透明、透光和防雨性能檢測(cè)實(shí)驗(yàn)

取一片PVC板置于書(shū)本上，發(fā)現(xiàn)書(shū)上的字清晰可見(jiàn)。將PVC板立放，在其一側(cè)用噴壺噴水，發(fā)現(xiàn)另一側(cè)無(wú)水滲出。實(shí)驗(yàn)表明，PVC板確有透明、透光和防雨性。

2.具有檢測(cè)PM2.5和凈化空氣功能的透光窗戶裝置設(shè)計(jì)

該項(xiàng)目演示模型的主體結(jié)構(gòu)是一扇由鋁合金制成的30厘米×50厘米窗戶，在窗戶外部裝了一個(gè)類似平開(kāi)窗的活動(dòng)裝置，并放置了雨滴傳感器和霧霾傳感器。當(dāng)有雨滴滴落在雨滴傳感器上時(shí)，傳感器會(huì)通過(guò)繼電器驅(qū)動(dòng)活動(dòng)裝置運(yùn)作，將其所載的PVC材料放下，雨停后便收起。這樣，就做到了既防雨又透光、透明。

當(dāng)霧霾傳感器感應(yīng)到室外空氣質(zhì)量不達(dá)標(biāo)時(shí)，便會(huì)通過(guò)繼電器啟動(dòng)負(fù)離子發(fā)生器，除去空氣中的污染物質(zhì)，改善空氣質(zhì)量。相較于普通窗戶，該項(xiàng)目用通風(fēng)透氣的材料代替了玻璃，使室內(nèi)空氣更新鮮，且不用擔(dān)心雨水和霧霾對(duì)室內(nèi)物品及人的影響。如果擔(dān)心遇到惡劣霧霾天氣，負(fù)離子發(fā)生器的功率不足以凈化空氣，那么放置在窗外的另一個(gè)超高濃度霧霾傳感器就會(huì)驅(qū)動(dòng)活動(dòng)裝置放下PVC板，給窗子穿上一層保護(hù)衣，防止室內(nèi)空氣受超強(qiáng)霧霾天氣的影響。

三、可行性分析

我用Arduino軟件編好程序，使其能夠驅(qū)動(dòng)我的項(xiàng)目，并實(shí)現(xiàn)功能。

雨滴傳感器實(shí)驗(yàn)：用滴管取少量清水（代替雨滴），滴在雨滴傳感器模塊上，發(fā)現(xiàn)其正常驅(qū)動(dòng)活動(dòng)裝置運(yùn)作。

PM2.5檢測(cè)儀測(cè)試實(shí)驗(yàn)：在PM2.5檢測(cè)儀旁點(diǎn)燃紙片，釋放出煙霧，發(fā)現(xiàn)PM2.5檢測(cè)儀監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)由35～43上升到了175～190；拿開(kāi)紙片后，數(shù)據(jù)下降到了46～55。

霧霾傳感器測(cè)試實(shí)驗(yàn)：在霧霾傳感器旁點(diǎn)燃紙片，發(fā)現(xiàn)其正常驅(qū)動(dòng)負(fù)離子發(fā)生器運(yùn)作。

四、項(xiàng)目的創(chuàng)新和主要貢獻(xiàn)

該項(xiàng)目改善了普通玻璃窗的許多缺點(diǎn)，比如，一旦窗子未關(guān)，室外的雨水或霧霾便會(huì)對(duì)室內(nèi)的物品或空氣質(zhì)量造成影響；普通窗戶沒(méi)有凈化氣體的功能，而該窗在空氣質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的情況下會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)負(fù)離子發(fā)生器，改善空氣質(zhì)量；普通窗戶一關(guān)就阻止了大氣流通，而這款窗戶用透氣材料代替玻璃，使窗戶既能通風(fēng)，同時(shí)又能保證室內(nèi)空氣質(zhì)量；安裝在窗戶上的PM2.5檢測(cè)儀能方便人們了解窗外實(shí)時(shí)的PM2.5，方便人們選擇出行與否或出行是否需要戴口罩。

五、研究體會(huì)

一分耕耘一分收獲。這次的科技創(chuàng)新活動(dòng)，讓我明白了把想法變成現(xiàn)實(shí)需要堅(jiān)定的信念、不怕吃苦的精神和充足的知識(shí)儲(chǔ)備。感謝老師和父母在這次創(chuàng)新活動(dòng)中對(duì)我的支持和幫助，讓我完成了人生中第一篇?jiǎng)?chuàng)新論文。

（本文為2016年湖南省科技創(chuàng)新大賽一等獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)作品，原文有刪節(jié)。）