李杰 吕宇 曹征
摘 要：近年来，我国大面地区不同程度受到雾霾天气影响，空气质量达到中度或重度污染等级，其主要污染物来自PM2.5。通过研究分析目前市售主流空气净化装置不足，研制出新型室内PM2.5空气净化新风机，采用室内空气外循环原理，离心风机+三级高效过滤技术净化室内空气。
关键词：空气净化；新风机；离心风机；PM2.5
引言
近年来，我国大气污染形势十分严峻，华北，华东，西南等地多次遭遇严重雾霾天气，空气质量指数AQI达到中度或重度污染等级，其中主要污染物来源是PM2.5。PM2.5是指空气中直径小于或等于2.5微米的细颗粒物，它附着大量有毒、有害物质且在大气中的停留时间长、输送距离远，可通过血液循环进入肺部，对人体健康危害极大。
室内环境污染状况往往是人们比较忽视的。清华大学调研团队今年发布了《全国首个室内PM2.5空气污染调研报告》，该调研行动由清华大学电子工程系、清华大学建筑环境监测中心和南方周末绿色新闻部联合发起。研究表明，由于人们不论是工作，居家，还是娱乐，有70%以上的时间是待在室内，人在室内PM2.5吸入量是室外的4倍；采样期间有1/3时间，室内空气处于“污染”等级。在同等外部条件下，楼层17层以上PM2.5室内等级最优，8层以下室内等级最差。
1 产品设计
1.1本产品工作原理
目前，市面上家用空气净化类产品很多，净化原理各不相同，但是从室内空气流动性来讲，主要是采用室内空气内循环的净化方式，即在关闭门窗的条件下，将室内空气通过离心风机压入净化器，再将净化后的空气释放排除，通过长时间的反复过滤，达到净化空气去除PM2.5的作用。这样在一定程度上虽然能够解决室内空气污染问题，但是人们长期处于这样的密闭空间内，含氧空气不能得到有效补充，二氧化碳等其他废气浓度逐渐升高，仍会对人体健康产生影响。其次，空气净化器的过滤范围有限，主流产品在25-35m3，一般一台设备只能放置在一间房间过滤，要净化多个房间需要多台设备。
新型空气净化新风机采用的是采用室内空气外循环，新风机是室外富氧空气的入口，在不开门窗的条件下，将室外富氧新风经高效滤净后持续不断输入室内，保证了室内空气的富氧、清新，从源头上杜绝室外污浊空气中的悬浮颗粒物，细颗粒物PM2.5等有害因子进入室内，实现室内空气保持100%富氧、纯净，污染空气通过门窗缝隙自然排出。
1.2 本设计产品结构与主要部件
本设计产品创新安装方式，采用壁挂式安装在外墙窗角上，在门窗关闭的条件下，作为室外空气的进风口。安装方便，可采用吸盘/磁吸安装，不布室内管线，不穿墙打洞。（图1）
本设计采用三级过滤方式。第一级为过滤纱网，能够过滤空气中悬浮的尘埃、微粒，属于粗滤过程。第二级采用活性碳过滤网，活性炭的吸附作用强，能够过滤空气中的甲醛、二氧化硫等有毒有害气体。第三级采用F7等级的HEPA高效滤网，是整个过滤系统的关键，在实际运用中，HEPA高效滤芯一直是医疗、化工、生化领域机械式过滤系统的核心，理论上能够有效过滤PM2.5达99.7%。为使实际空气净化效率接近理论最大值，本设计创新将HEPA滤网设计成池型结构，离心风机放置在滤网中央，引入的新风能被扇叶强力压入滤芯，达到最佳净化效果。
风机是将室外空气送入室内的关键，在风机的选择上，应该选择结构简单，工艺性好；材料及附件选择方便；有足够的强度、刚度，工作安全可靠；运转稳定，噪声低；调节性能好，工作适应性强；尺寸尽可能小，重量轻的。
本设计采用的离心风机（表1）采用外转子结构，12极马达组，叶轮马达壳固定磁场与交变磁场产生的排斥推力强大，使风机高速运用，电路部分采用AC转高压直流，铝材底冲压底座使工作热快速传散发走，降低马达组内部升温，大幅度提高离心风机工作寿命；叶轮采用国际标准后倾设计，风通过中心口进风，产生强大离心力。风量大、风压强。离心风机采用多重保护电路功能，可靠性高、寿命长。
表1 离心风机主要技术指标
1.3 本设计与同类主流产品技术比较
本设计在空气净化类产品中具有原理上的创新，是空气净化领域的革命性产品（表2）。本设计产品采用空气外循环原理，将室外富氧空气经高效滤净后输入室内，从源头上杜绝PM2.5等有害因子；送风量最大达240m3/h，风速三级遥控可调；噪音低至50dB；能效比高，最大功率只有30W。本产品送风量与其他室内空气净化类产品相比持平；与新风系统相比，安装方便，可采用吸盘或磁吸安装，不穿墙打洞。产品体积小，安装在窗角美观，大方；价格经济实惠，与新风系统相比不足新风系统价格的十分之一。滤网展开面积大，达到4.2m2，滤网一次使用时间可达4-6个月，拆换滤芯简单方便。
表2 主流家用空气净化产品技术比较
注：各类型空气净化产品型号，参数均来自产品说明书，价格来自京东商城2015年5月。
2 本设计效果测试
根据设计制造出样机，在普通住宅5楼80m2三室一厅进行测试，测试样机安装在客厅飘窗右上角，PM2.5测试仪放置在客厅正中央。在室外PM2.5不同污染等级下进行去除PM2.5效果测试。测试时长均为1个小时，客厅面积25m2。测试期间各项参数如下表（表3）所示。测试前后，室内PM2.5浓度变化十分明显，出风口PM2.5去除率达98.7%以上，室内PM2.5浓度在12-18μg/m3之间，PM2.5去除效率达90.9%以上，按照2012年，国家环境保护部发布的新修订的《环境空气质量标准》，PM2.5日均浓度在35μg/m3以下为一级；在35μg/m3至75μg/m3之间为二级；在75μg/m3以上为超标。开机一小时后室内空气质量等级能达到国家一级水平。另据国家环保部发布的2014年全年空气PM2.5浓度年均值排行榜，全国共有190座城市参评，全国PM2.5最小的城市是三亚，为18.7μg/m3。
3 结论与建议
本设计产品新型室内PM2.5空气净化新风机，采用室内空气外循环原理，离心风机+三级高效过滤技术去除PM2.5，使室内净空气保持富氧纯净。该技术具有创新性，实用性，已经取得国家实用新型专利。通过样机现场测试，证明该设计在净化室内空气，去除PM2.5细颗粒物上是有效的。
参考文献
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[5]范向国.雾霾天气下城镇居住建筑新风系统设计应用探讨[J].小城镇建设，2014（5）.
作者简介：李杰（1983-），男，汉族，硕士，讲师，研究方向：电气自动化技术。
