室內空氣質量檢測及對流式補償系統

摘 要： 針對室內污染氣體對人體健康產生嚴重的危害，提出了一種檢測室內主要空氣濃度與營造室內健康空氣的智能家居系統。該系統主要由室內多點氣體濃度檢測模塊、無線發射接收通信模塊、主機監控顯示模塊、空氣凈化模塊和室內外氣體對流式補償系統五大部分組成。可檢測CO2、甲醛、VOC（揮發性有機物）和CO四種氣體；無線通信采用nRF24L01無線模塊，空氣凈化模塊采用兩個FY?2型3 kV負高壓源負離子發生器；室內外氣體對流式補償系統由兩個風扇及風扇驅動電路組成。通過氣體測試實驗，表明系統具有室內氣體檢測和換氣功能。

關鍵詞： 傳感器； nRF24L01； 負離子發生器； 對流式補償

中圖分類號： TN710?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2015）03?0100?03

Indoor air quality testing and convection compensation system

FENG Zhi?rong， WANG Hong?mei

（Mechanical and Electronic Engineering institute， Guangdong Institute of Science and Technology， Zhuhai 519090， China）

Abstract： According to today′s serious human health hazards caused by indoor air pollution， a smart home system which can detect the major air concentration in house and create a healthy indoor air is proposed. The system consists of multi-point gas concentration detection module， wireless transceiving communication module， host computer monitoring/display module， air purification module， and indoor and outdoor air convection compensation system. It can detect CO2， formaldehyde， VOC （volatile organic compounds） and CO. nRF24L01 wireless module is used in the wireless communication section. Two FY?2 type 3 kV negative high?voltage source negative ion generators are adopted in the air purification module. Indoor and outdoor air convection compensation system is composed of two fans and fan drive circuit. The gas experiments confirm that the system has excellent indoor air detection and air exchange functions.

Key words： sensor； NRF24L01； negative ion generator； convection compensation

0 引 言

換氣空調的換氣功能是通過空調內置的換氣裝置實現的，當換氣時，一部分室內回風被換氣裝置抽出室外，此時室內空氣密度下降，相對于室外氣壓產生負壓，由于室內、外有壓力差，室外的新鮮空氣就通過門窗縫進入室內，達到改善室內空氣質量的目的。這種方法換氣速度較慢，新鮮空氣較少，風道內污染未清理，仍就會給人悶的感覺，而且空調換氣并未實現空氣質量的檢測。基于每種污染空氣處理方法，目前公認的最好解決普通家庭室內空氣污染問題的方式就是組成一個進風與排風的系統，即機械排風與機械進風同時進行，保證通風率達到一定的標準，這樣就可以顯著有效地減少室內空氣污染問題的出現，因此本文提出了一種基于室內空氣污染程度的檢測與對流式補償系統。

1 系統結構

根據系統所要實現的功能，系統包括：實現多點采集室內有害氣體甲醛，CO2，VOC和CO/煙霧的濃度信息；實現無線發射和接收通信；實現單片機對室內多點氣體濃度信息的處理；實現室內主要有害氣體濃度及室內外溫度的監測顯示；實現負離子發生器的正常空氣凈化；實現對流式補償系統的高效換氣；實現室內檢測氣體超標的聲光報警。系統框圖如圖1所示。

2 傳感器標定

2.1 CO2傳感器

2.2 CO傳感器

2.3 甲醛傳感器

甲醛傳感器探測范圍為0～500 ppm，標定數據見表3。甲醛標定曲線如圖4所示。

2.4 VOC傳感器

VOC傳感器探測范圍為0～2 000 ppm，標定數據見表4。VOC標定曲線如圖5所示。

根據VOC濃度y（ppm）與傳感器的電壓x（ppm）關系進行標定，由數據和標定曲線優化可得VOC標定函數：

圖5 VOC標定曲線

3 測試數據與分析

本系統的測試主要是通過密閉房間進行，房間長為3.8 m，寬為2.7 m，高為4.0 m。兩個風扇安裝在對立面上，上風扇的軸心到地面的距離為3.25 m，下風扇的軸心到地面的距離為0.6 m。在房間內點燃木炭，密閉一段時間待木炭燃燒完，便模擬了一種有害氣體CO濃度超標的環境，通過用不同的方式使室內外氣體交換，啟動整個系統，記錄所測數據。

室內溫度為33 ℃，室外溫度為30 ℃，排氣方式為上風扇排風，下風扇靜止，CO濃度數據見表5。

室內溫度為33 ℃，室外溫度為30 ℃，排氣方式為下風扇排風，上風扇靜止，CO濃度數據見表6。

室內溫度為33 ℃，室外溫度為30 ℃，上風扇入風，下風扇排風，CO濃度數據見表7。

表7 CO濃度數據（三）

由表5可知，采用上風扇排氣，下風扇靜止的方式，CO濃度從4 468.61 ppm降到8.36 ppm所需時間為570 s。由表6可知，采用下風扇排氣，上風扇靜止的方式，CO濃度從4 468.61降到9.41 ppm所需時間為565 s。由表7和表8可知，分別采用上風扇進氣、下風扇排氣和上風扇排氣、下風扇進氣的對流方式，濃度由4 468.63 ppm和4 468.61 ppm分別下降到9.14 ppm和6.91 ppm時，所用的時間分別是460 s和450 s。說明了采用對流式補償系統進行的氣體交換效果更好。

4 結 論

室內主要有害氣體濃度檢測及對流式補償系統，根據室內的分布結構，通過四種傳感器采用無線多點結構來采集室內主要有害氣體濃度信息，將其信息發送到主機進行處理，根據信息處理結果來控制室內外氣流交換。系統采用對流式補償系統，實現室內外的氣體高效交換，整個系統為全自動運行，時刻顯示空氣質量狀態，保證室內空氣質量。

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