空氣凈化器凈化及控制技術(shù)發(fā)展

王勇

摘要：空氣凈化器（Airpurifier），又稱空氣清新器，空氣清潔器，是指對室內(nèi)空氣中的細(xì)微顆粒、粉塵、異味或細(xì)菌病毒等具有一定吸附、分解、轉(zhuǎn)化或去除能力的裝置。它的起源可以追溯到十六世紀(jì)戴在臉上的面罩，當(dāng)時只是簡單被動地用于過濾空氣中的煙霧；時至今日，除了簡單的顆粒物污染，空氣凈化器面臨著越來越多的微生物污染和氣態(tài)化學(xué)物污染的挑戰(zhàn)，因而采用新的凈化技術(shù)或復(fù)合式凈化技術(shù)的凈化器也不斷出現(xiàn)，目前常用的凈化方法有物理及化學(xué)吸附、HEPA過濾、活性炭過濾、靜電集塵、負(fù)氧離子、光催化等。

關(guān)鍵詞：空氣凈化器；凈化；控制技術(shù)

1需求分析

1.1功能需求

室內(nèi)負(fù)離子空氣凈化器的主要工作原理是指在放電的作用下，一些自由電子與另外的氣體結(jié)合就生成了負(fù)離子，而此時負(fù)離子與顆粒污染物組合在一起就構(gòu)成了“重離子”，它會沉降或者附著在物體外表層，可以起到殺滅細(xì)菌的效果。設(shè)計的這款室內(nèi)負(fù)離子空氣凈化器，首先能夠吸附，分解或轉(zhuǎn)化各種空氣污染物。其次，產(chǎn)品在工作過程中可以保證不會產(chǎn)生過多的臭氧，確保在安全范圍內(nèi)。并且，產(chǎn)品的操作要簡單方便，適用于廣大需求群體。

1.2安全需求

室內(nèi)經(jīng)常會存在各種對我們身體有害的物質(zhì)（如甲醛，苯等），這個時候就可以通過空氣凈化器產(chǎn)生的負(fù)氧離子有效的去控制，盡量消除對我們有害的物質(zhì)。空氣中的負(fù)離子濃度越大，對我們的身體越有益處。凈化器在工作的時候，由于工作時間過長，會導(dǎo)致產(chǎn)生過多的臭氧，對我們身體產(chǎn)生傷害，所以就采用兩種工作方式，即有人的時候使用清新方式，沒有人的時候就轉(zhuǎn)變?yōu)橄镜墓ぷ鞣绞?，確保對身體健康沒有影響。如今，隨著人們生活水平的提高，人們越來越注重養(yǎng)生，空氣凈化器正好迎合了人們的需求。

2國內(nèi)外空氣凈化器技術(shù)特點

2.1美國及歐洲

美國是現(xiàn)代空氣凈化器的發(fā)源地，二戰(zhàn)期間研制成功了世界上第一款可以過濾空氣中有毒物的HEPA濾網(wǎng)，時至今日仍然是空氣凈化器的主要過濾方式之一。據(jù)統(tǒng)計，美國的凈化器有60%采用高壓靜電吸附技術(shù)，通過合理的風(fēng)道和機(jī)箱形式的設(shè)計，可以大為提高凈化效率。如有些產(chǎn)品在超高速模式下，每分鐘可輸出7.1m3的清新空氣，30min左右可凈化36m2室內(nèi)空氣；另一款產(chǎn)品將濾網(wǎng)設(shè)計為360°的環(huán)形，配合速度三檔可調(diào)的風(fēng)機(jī)以及超大進(jìn)風(fēng)口設(shè)計，凈化效果可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出普通平面濾網(wǎng)，效果可以達(dá)到聯(lián)邦食品與藥品管理局醫(yī)療設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)。

歐洲作為全球工業(yè)革命的發(fā)源地，曾深受環(huán)境污染之害，因而特別注重凈化效果。據(jù)報道已開發(fā)出基于納米技術(shù)，可以過濾0.5-10nm細(xì)微顆粒的長效濾網(wǎng)，該濾網(wǎng)還具備抗紫外線、可水洗的特點，多層濾網(wǎng)和紫外殺菌、水洗過濾等方式組合，可以對空氣進(jìn)行有效的凈化和消毒，避免呼吸道疾??；同時凈化效率高，對于20m3房間，只需10min就可以實現(xiàn)一次循環(huán)；在使用上具有簡潔直觀，功能齊備的特點，如可以提供多檔風(fēng)速調(diào)節(jié)、多級LED指示燈并智能感知室內(nèi)空氣質(zhì)量，當(dāng)空氣質(zhì)量變差時能夠自動啟動。

2.2日本及韓國

日韓產(chǎn)品的共同點是注重人性化設(shè)計，在關(guān)注凈化效果的同時，更加關(guān)注用戶的使用需求，具有兒童安全鎖、睡眠模式、智能監(jiān)測、遙控開關(guān)等功能，而實現(xiàn)這些功能的關(guān)鍵在于傳感器。第一種傳感器是PM2.5檢測傳感器，利用它可以檢測室內(nèi)PM2.5的濃度并控制凈化器的自動啟停；第二種是氣味傳感器，主要檢測花粉、寵物皮屑等過敏源；第三種就是實現(xiàn)睡眠模式的照度傳感器，當(dāng)檢測到室內(nèi)光照小于設(shè)定值后，能夠自動轉(zhuǎn)換工作模式，降低風(fēng)速和操作面板的亮度，凈化器以最低速度運(yùn)行，噪音也降至最低，凈化器運(yùn)行八小時后將自動關(guān)機(jī)。此外，日韓二國長期注重專業(yè)化空氣凈化的研究，特別是針對車輛、廚房等特殊空間和場合進(jìn)行設(shè)計，目前擁有核心專利最多的也是這二個國家。2016年的文獻(xiàn)資料表明，車載凈化器的過濾方法已由單一的濾網(wǎng)式過濾發(fā)展為太陽能式、光觸媒式以及復(fù)合式過濾方式，同時利用紫外線進(jìn)行處理和利用羥基發(fā)生器的紫外波技術(shù)有可能成為新的車載凈化器的發(fā)展方向之一。

2.3中國

近年來，我國的空氣凈化器產(chǎn)業(yè)在品牌和銷量二方面得到了快速發(fā)展。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，2013年我國空氣凈化器銷售量為240萬臺，2014年達(dá)到325萬臺，2015年為352萬臺，2016年則達(dá)到520萬臺，品牌數(shù)也從2014年的556個增加到2015年的668個。技術(shù)方面的第一個特點是注重智能技術(shù)的研究及應(yīng)用。天津科技大學(xué)的彭一準(zhǔn)等利用MSP430或DSP等作為主控制器，通過灰塵傳感器和溫濕度傳感器實時檢測空氣質(zhì)量，并采用模糊控制算法實現(xiàn)凈化器的智能控制；樂山師范大學(xué)的吳志雄等以CC2530單片機(jī)為控制器，通過ZigBee無線模塊實現(xiàn)與ARM9的串口通訊，ARM9用于構(gòu)建Boa網(wǎng)頁服務(wù)器和Sqlite中心數(shù)據(jù)庫，從而構(gòu)成了可遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)控制的空氣凈化器；華東理工大學(xué)的房鑫寶在PM2.5自啟動的基礎(chǔ)上，通過ESP8266模塊將空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)通過無線傳送到y(tǒng)eelink平臺，利用云平臺上成熟的移動終端APP，可隨時隨地快速地查看數(shù)據(jù)，進(jìn)而實現(xiàn)了基于物聯(lián)網(wǎng)的控制。第二個特點是注重使用的方便性，具有自清洗功能的空氣凈化器是目前的熱點，由于大部分產(chǎn)品仍然利用HEPA濾網(wǎng)或活性碳芯進(jìn)行過濾，它們在使用一段時間后需要更換，沒有及時更換還會造成二次污染，針對這一問題，國內(nèi)已有多項專利，如有人提出一種帶水箱、水泵和紫外燈的主機(jī)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)對活性炭過濾裝置的清洗；筆者針對一款具有自潔功能的凈化器設(shè)計了圖1所示的控制系統(tǒng)。此系統(tǒng)以MSP430單片機(jī)為核心，除常見的溫度檢測、PM2.5濃度檢測、風(fēng)壓檢測傳感器和遙控發(fā)射單元電路外，增加了水位傳感器，以及電輔加熱控制和進(jìn)排水電磁閥等器件，在手動發(fā)出清洗命令或到達(dá)預(yù)先設(shè)定的清洗時刻后，控制電磁閥的進(jìn)水和排水操作，執(zhí)行三次過濾裝置的清洗循環(huán)，完成后利用PTC陶瓷加熱管進(jìn)行烘干。

結(jié)束語

隨著生活水平的提高，人們對空氣凈化器的功能提出了更高的要求。首先介紹了常用的空氣凈化方法，針對目前最為普遍使用的濾網(wǎng)過濾方式，介紹了其過濾方法和基本原理，然后分別根據(jù)歐美、日韓及我國所生產(chǎn)凈化器的特點，圍繞著凈化效率、傳感檢測、控制策略及功能發(fā)展特色等展開論述，希望對相關(guān)工作人員有所幫助。