壁掛式新風(fēng)凈化系統(tǒng)專利技術(shù)綜述

蔡立群

摘要：目前隨著室外霧霾日益嚴(yán)重，人們對(duì)空氣質(zhì)量的要求也越來越高，為了改善居住空間的空氣質(zhì)量，新風(fēng)凈化系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。新風(fēng)凈化系統(tǒng)主要可分為中央管道新風(fēng)系統(tǒng)、單體新風(fēng)系統(tǒng)（如壁掛式新風(fēng)凈化系統(tǒng)）。壁掛式新風(fēng)凈化系統(tǒng)由于安裝方式簡單，后期維護(hù)成本低，因此越來越受人們的青睞。本文通過研究目前全球壁掛式新風(fēng)凈化系統(tǒng)的專利文獻(xiàn)，將有助于人們了解壁掛式新風(fēng)凈化系統(tǒng)的基本發(fā)展態(tài)勢(shì)、應(yīng)用前景以及改進(jìn)方向。

關(guān)鍵詞：壁掛式；新風(fēng)；凈化；專利

中圖分類號(hào)：TU834.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2018）18-0058-03

Summary of Patent Technology of Wall-mounted Fresh Air Purification System

CAI Liqun

Abstract： As the outdoor haze becomes more and more serious， people's demands for air quality are getting higher. In order to improve the air quality of living space， the fresh air purification system has emerged. The fresh air purification system can be mainly divided into the central fresh air system and the unitary fresh air system， such as the wall-mounted fresh air purification system. The wall-mounted fresh air purification system is more and more popular because of its simple installation and low maintenance costs. In this paper， by studying the patent documents of the wall-mounted fresh air purification system in the world， it will provide the proposal for the basic development trend， application prospects and improvement direction of the wall-mounted fresh air purification system.

Key words： wall-mounted； fresh air； purification； patent

1 引言

由于現(xiàn)代建筑的門窗的密閉性越來越好，室內(nèi)的空氣難以與外界流通，時(shí)間長了會(huì)造成室內(nèi)空氣質(zhì)量的嚴(yán)重下降，居室內(nèi)的有害氣體或者粉塵排除量小。這些有害氣體主要包括：甲醛、苯、二手煙以及流感性傳染病毒和細(xì)菌等，都會(huì)危害人體健康。室內(nèi)的空氣質(zhì)量直接影響著人們的生活質(zhì)量，而通風(fēng)換氣是提高室內(nèi)空氣質(zhì)量的最直接和最有效的方法，也成了改善居住環(huán)境和提高生活質(zhì)量的必要手段。歐洲一些發(fā)達(dá)國家已經(jīng)把住宅通風(fēng)規(guī)定為強(qiáng)制執(zhí)行的條款。但是室外空氣污染指數(shù)居高不下，直接開窗通風(fēng)無疑會(huì)將室外的污染空氣引進(jìn)室內(nèi)。因此，為了改善居住空間的空氣質(zhì)量，新風(fēng)凈化系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。新風(fēng)凈化系統(tǒng)按安裝方式主要可分為中央管道新風(fēng)系統(tǒng)和單體新風(fēng)系統(tǒng)（如壁掛式新風(fēng)凈化系統(tǒng)），而中央管道新風(fēng)系統(tǒng)的安裝造價(jià)比較高，安裝較復(fù)雜，且主機(jī)體積較大，對(duì)安裝位置的高度有一定的要求，另外需要在室內(nèi)頂部或者地板鋪設(shè)管路，不適合已完成裝修的居室，也不適合面積較小的戶型安裝。因此，無須復(fù)雜管道工程，安裝方式簡單，無論裝修前后都可以安裝，后期的維護(hù)成本也十分低廉的壁掛式新風(fēng)凈化系統(tǒng)越來越受人們的青睞。

2 壁掛式新風(fēng)凈化系統(tǒng)概況

壁掛式新風(fēng)凈化系統(tǒng)采用壁掛式靠外墻安裝的方式，一方面把室內(nèi)污濁的空氣排出室外，另一方面把室外新鮮的空氣經(jīng)過殺菌、消毒、過濾等措施后，再輸入到室內(nèi)，讓房間里每時(shí)每刻都是新鮮干凈的空氣。壁掛式新風(fēng)凈化系統(tǒng)主要可分為單向送風(fēng)和雙向換氣兩種類型。單向送風(fēng)：通過風(fēng)機(jī)將室外空氣引入室內(nèi)空氣，讓房間內(nèi)形成正壓，讓室內(nèi)空氣在正壓條件下，通過門窗的縫隙排出，以此形成室內(nèi)外循環(huán)。單向送風(fēng)的結(jié)構(gòu)為單通道，單風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)單向運(yùn)轉(zhuǎn)。雙向換氣：通過風(fēng)機(jī)將室外空氣引入室內(nèi)空氣，同時(shí)也可以通過風(fēng)機(jī)將室內(nèi)空氣排出室外。雙向換氣的結(jié)構(gòu)可以為單通道，單風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)為雙向運(yùn)轉(zhuǎn)；也可以為雙管道，雙風(fēng)機(jī)。壁掛式新風(fēng)凈化系統(tǒng)一般包括凈化結(jié)構(gòu)、控制模塊、風(fēng)機(jī)，還可以包含熱交換結(jié)構(gòu)、除濕結(jié)構(gòu)等。目前常用的凈化方式有活性炭吸附、靜電除塵、HEPA高效過濾、臭氧凈化、紫外殺菌、光觸媒催化等；常用的熱交換方式有單通道蓄熱、雙通道室內(nèi)外熱交換等。智能控制的參數(shù)主要有溫度、濕度、空氣質(zhì)量（二氧化碳、PM2.5、甲醛等）[1-2]。

3 壁掛式新風(fēng)凈化系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r

3.1 壁掛式新風(fēng)凈化系統(tǒng)技術(shù)分解

壁掛式新風(fēng)凈化系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展，主要分為結(jié)構(gòu)和控制兩大部分，其中結(jié)構(gòu)上主要是對(duì)凈化方式、熱回收方式、濕度處理方式上的改進(jìn)，控制上主要是對(duì)溫度、濕度及空氣質(zhì)量的控制改進(jìn)。目前的研究重點(diǎn)則主要集中在采用何種凈化方式才能達(dá)到更好的空氣質(zhì)量、采用何種溫濕度處理方式才能達(dá)到更舒適的溫濕度環(huán)境以及如何控制新風(fēng)凈化系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

3.2 全球申請(qǐng)量年度分布

圖1顯示了壁掛式新風(fēng)凈化系統(tǒng)全球申請(qǐng)量的年度分布，上面曲線顯示了全球范圍內(nèi)壁掛式新風(fēng)凈化系統(tǒng)申請(qǐng)量的年度分布，下面曲線則顯示了在中國范圍內(nèi)壁掛式新風(fēng)凈化系統(tǒng)申請(qǐng)量的年度分布。

從圖1可以看出，在全球范圍內(nèi)，壁掛式新風(fēng)凈化系統(tǒng)專利申請(qǐng)量總體呈上升趨勢(shì)。雖然早在1972年就已經(jīng)出現(xiàn)了壁掛式新風(fēng)凈化系統(tǒng)，但直到1983年，申請(qǐng)量才開始逐漸上升，1983—1994年的申請(qǐng)量變化不大，這一階段的申請(qǐng)量呈現(xiàn)平緩增長趨勢(shì)；1995—2010年這一階段的申請(qǐng)量有了較大的變化，進(jìn)入了較快增長的時(shí)期；2011—2016年這一階段申請(qǐng)量飛速增長，進(jìn)入了高速發(fā)展時(shí)期，這說明壁掛式新風(fēng)凈化系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)需求越來越大。而關(guān)于中國國內(nèi)的專利申請(qǐng)，由于國內(nèi)相關(guān)研究起步較晚，直到1994年才出現(xiàn)兩項(xiàng)關(guān)于壁掛式新風(fēng)凈化系統(tǒng)的專利，但2003年后中國國內(nèi)申請(qǐng)數(shù)量開始逐步增長，到2010年后開始飛速增長，且2010年后的全球申請(qǐng)大部分來源于中國，其主要原因在于國內(nèi)對(duì)新技術(shù)的研發(fā)、對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的重視以及國內(nèi)空氣質(zhì)量的日漸惡化，讓中國的企業(yè)以及研究院所越來越重視壁掛式新風(fēng)凈化系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā)，同時(shí)也說明中國市場對(duì)壁掛式新風(fēng)凈化系統(tǒng)需求越來越大。

3.3 申請(qǐng)來源國家/地區(qū)分布

專利申請(qǐng)的技術(shù)來源國家/地區(qū)分布可以反映出各企業(yè)、研究團(tuán)體、個(gè)人在壁掛式新風(fēng)凈化系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域的研發(fā)水平以及研發(fā)能力。截至2017年3月31日，統(tǒng)計(jì)壁掛式新風(fēng)凈化系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域全球?qū)＠暾?qǐng)的來源國家/地區(qū)分布如圖2所示。

從圖2可以看出，專利申請(qǐng)主要來源于中國，中國申請(qǐng)量占全球申請(qǐng)總量的53%，其主要原因在于我國工業(yè)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，導(dǎo)致空氣質(zhì)量的日益惡化，為了人們的健康，新風(fēng)凈化系統(tǒng)的需求也越來越大；其次申請(qǐng)量較多的是日本和歐洲，各占全球申請(qǐng)總量的18%和15%，這主要由于全球的空氣質(zhì)量日漸下降，特別是工業(yè)發(fā)達(dá)的地域，因此越來越多的企業(yè)、科研院所以及個(gè)人將研發(fā)投入到該領(lǐng)域。

3.4 壁掛式新風(fēng)凈化系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展演進(jìn)

圖3是通過對(duì)壁掛式新風(fēng)凈化系統(tǒng)各個(gè)技術(shù)分支每個(gè)發(fā)展階段進(jìn)行梳理得到的年代演進(jìn)圖。從圖3可以看出壁掛式新風(fēng)凈化系統(tǒng)在發(fā)展初期（即1985年以前），專利僅涉及利用HEPA高效過濾器對(duì)空氣中的顆粒物進(jìn)行過濾。1985—1995年，出現(xiàn)了各種新型的過濾方式，如活性炭吸附、靜電除塵、紫外殺菌等。因此，企業(yè)、科研院所以及個(gè)人研發(fā)人員將新型的過濾方式運(yùn)用到了壁掛式凈化系統(tǒng)中，上述過濾方式的運(yùn)用不僅可以對(duì)空氣進(jìn)行除塵，還可以對(duì)空氣進(jìn)行殺菌消毒。此外，在引入新風(fēng)改善室內(nèi)空氣質(zhì)量的同時(shí)，會(huì)對(duì)室內(nèi)的溫濕度造成影響，為了更好地滿足人們對(duì)舒適度的要求并實(shí)現(xiàn)節(jié)能，企業(yè)、科研院所以及個(gè)人研發(fā)人員還研究了如何利用壁掛式新風(fēng)凈化系統(tǒng)調(diào)節(jié)空氣的溫濕度以及如何進(jìn)行熱回收，研究人員意識(shí)到了室內(nèi)排氣溫度與室外送風(fēng)溫度有一定的溫度差，可以利用室內(nèi)外溫度差回收空氣中的熱量，以滿足人們對(duì)溫度的需求，因此，針對(duì)不同類型的壁掛式新風(fēng)凈化系統(tǒng)研究出了不同的熱回收方式，即單通道蓄熱方式和雙通道熱交換方式。在這一階段，自動(dòng)控制領(lǐng)域也開始發(fā)展，為了使壁掛式新風(fēng)凈化系統(tǒng)的使用更加智能化，研究人員還研究了如何根據(jù)溫濕度以及空氣質(zhì)量去控制壁掛式新風(fēng)凈化系統(tǒng)。1995—2005年，進(jìn)一步出現(xiàn)了新的凈化方式以及除濕方式，還涉及控制方法的進(jìn)一步完善等，這些都與新型材料的發(fā)展密切相關(guān)。在2005年之后，研究方向主要是對(duì)凈化方式的多級(jí)組合（即如何提高過濾效率），各種溫濕度處理的組合，以及如何實(shí)現(xiàn)更精細(xì)化的控制。

4 結(jié)論

本文詳細(xì)梳理了壁掛式新風(fēng)凈化系統(tǒng)的分類，對(duì)壁掛式新風(fēng)凈化系統(tǒng)領(lǐng)域的專利申請(qǐng)量的年度變化、技術(shù)來源國、技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行分析。通過上述分析可以看出，壁掛式新風(fēng)凈化系統(tǒng)的研究起點(diǎn)并不高，且其中的凈化方式與新型材料領(lǐng)域相關(guān)，智能控制與電學(xué)、安裝方式與建筑等領(lǐng)域相關(guān)，因此，上述幾個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展與壁掛式新風(fēng)凈化系統(tǒng)的發(fā)展密不可分。此次對(duì)壁掛式新風(fēng)凈化系統(tǒng)的技術(shù)梳理，將有助于人們了解壁掛式新風(fēng)凈化系統(tǒng)的基本發(fā)展態(tài)勢(shì)、應(yīng)用前景以及改進(jìn)方向。

參考文獻(xiàn)：

[1] 姚仲鵬.空氣凈化原理、設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社.2014：401-405.

[2] 黃翔.空調(diào)工程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2014：84-85.