空氣凈化器凈化及控制技術發展

王勇

摘要：空氣凈化器（Airpurifier），又稱空氣清新器，空氣清潔器，是指對室內空氣中的細微顆粒、粉塵、異味或細菌病毒等具有一定吸附、分解、轉化或去除能力的裝置。它的起源可以追溯到十六世紀戴在臉上的面罩，當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化學物污染的挑戰，因而采用新的凈化技術或復合式凈化技術的凈化器也不斷出現，目前常用的凈化方法有物理及化學吸附、HEPA過濾、活性炭過濾、靜電集塵、負氧離子、光催化等。

關鍵詞：空氣凈化器；凈化；控制技術

1需求分析

1.1功能需求

室內負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合就生成了負離子，而此時負離子與顆粒污染物組合在一起就構成了“重離子”，它會沉降或者附著在物體外表層，可以起到殺滅細菌的效果。設計的這款室內負離子空氣凈化器，首先能夠吸附，分解或轉化各種空氣污染物。其次，產品在工作過程中可以保證不會產生過多的臭氧，確保在安全范圍內。并且，產品的操作要簡單方便，適用于廣大需求群體。

1.2安全需求

室內經常會存在各種對我們身體有害的物質（如甲醛，苯等），這個時候就可以通過空氣凈化器產生的負氧離子有效的去控制，盡量消除對我們有害的物質。空氣中的負離子濃度越大，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，會導致產生過多的臭氧，對我們身體產生傷害，所以就采用兩種工作方式，即有人的時候使用清新方式，沒有人的時候就轉變為消毒的工作方式，確保對身體健康沒有影響。如今，隨著人們生活水平的提高，人們越來越注重養生，空氣凈化器正好迎合了人們的需求。

2國內外空氣凈化器技術特點

2.1美國及歐洲

美國是現代空氣凈化器的發源地，二戰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，時至今日仍然是空氣凈化器的主要過濾方式之一。據統計，美國的凈化器有60%采用高壓靜電吸附技術，通過合理的風道和機箱形式的設計，可以大為提高凈化效率。如有些產品在超高速模式下，每分鐘可輸出7.1m3的清新空氣，30min左右可凈化36m2室內空氣；另一款產品將濾網設計為360°的環形，配合速度三檔可調的風機以及超大進風口設計，凈化效果可以遠遠超出普通平面濾網，效果可以達到聯邦食品與藥品管理局醫療設備標準。

歐洲作為全球工業革命的發源地，曾深受環境污染之害，因而特別注重凈化效果。據報道已開發出基于納米技術，可以過濾0.5-10nm細微顆粒的長效濾網，該濾網還具備抗紫外線、可水洗的特點，多層濾網和紫外殺菌、水洗過濾等方式組合，可以對空氣進行有效的凈化和消毒，避免呼吸道疾病；同時凈化效率高，對于20m3房間，只需10min就可以實現一次循環；在使用上具有簡潔直觀，功能齊備的特點，如可以提供多檔風速調節、多級LED指示燈并智能感知室內空氣質量，當空氣質量變差時能夠自動啟動。

2.2日本及韓國

日韓產品的共同點是注重人性化設計，在關注凈化效果的同時，更加關注用戶的使用需求，具有兒童安全鎖、睡眠模式、智能監測、遙控開關等功能，而實現這些功能的關鍵在于傳感器。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；第三種就是實現睡眠模式的照度傳感器，當檢測到室內光照小于設定值后，能夠自動轉換工作模式，降低風速和操作面板的亮度，凈化器以最低速度運行，噪音也降至最低，凈化器運行八小時后將自動關機。此外，日韓二國長期注重專業化空氣凈化的研究，特別是針對車輛、廚房等特殊空間和場合進行設計，目前擁有核心專利最多的也是這二個國家。2016年的文獻資料表明，車載凈化器的過濾方法已由單一的濾網式過濾發展為太陽能式、光觸媒式以及復合式過濾方式，同時利用紫外線進行處理和利用羥基發生器的紫外波技術有可能成為新的車載凈化器的發展方向之一。

2.3中國

近年來，我國的空氣凈化器產業在品牌和銷量二方面得到了快速發展。統計數據表明，2013年我國空氣凈化器銷售量為240萬臺，2014年達到325萬臺，2015年為352萬臺，2016年則達到520萬臺，品牌數也從2014年的556個增加到2015年的668個。技術方面的第一個特點是注重智能技術的研究及應用。天津科技大學的彭一準等利用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量，并采用模糊控制算法實現凈化器的智能控制；樂山師范大學的吳志雄等以CC2530單片機為控制器，通過ZigBee無線模塊實現與ARM9的串口通訊，ARM9用于構建Boa網頁服務器和Sqlite中心數據庫，從而構成了可遠程網絡控制的空氣凈化器；華東理工大學的房鑫寶在PM2.5自啟動的基礎上，通過ESP8266模塊將空氣質量數據通過無線傳送到yeelink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據，進而實現了基于物聯網的控制。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，由于大部分產品仍然利用HEPA濾網或活性碳芯進行過濾，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結構，實現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計了圖1所示的控制系統。此系統以MSP430單片機為核心，除常見的溫度檢測、PM2.5濃度檢測、風壓檢測傳感器和遙控發射單元電路外，增加了水位傳感器，以及電輔加熱控制和進排水電磁閥等器件，在手動發出清洗命令或到達預先設定的清洗時刻后，控制電磁閥的進水和排水操作，執行三次過濾裝置的清洗循環，完成后利用PTC陶瓷加熱管進行烘干。

結束語

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過濾方式，介紹了其過濾方法和基本原理，然后分別根據歐美、日韓及我國所生產凈化器的特點，圍繞著凈化效率、傳感檢測、控制策略及功能發展特色等展開論述，希望對相關工作人員有所幫助。