太陽能式室內(nèi)空氣凈化器

1.1 作品背景

作為一名大學(xué)生，在我們的日常生活中，會有許多時候面臨各種異味，比如在食堂中，因為剩菜剩飯沒有及時處理，食堂中會有異味彌散在食堂當(dāng)中在夏天更加明顯，這些異味對我們的用餐心情和健康都有很大影響;再比如，在冬天的教室內(nèi)，因為空氣不流通，導(dǎo)致室內(nèi)空氣污濁，不僅使人昏昏欲睡而且容易誘發(fā)集體疾病的發(fā)生。這就需要凈化室內(nèi)空氣，使室內(nèi)空氣質(zhì)量達(dá)到良好標(biāo)準(zhǔn)，來解決室內(nèi)空氣污濁引起的一系列問題。

從大數(shù)據(jù)來看，由于近年來，室內(nèi)空氣污染物如粉塵（顆粒污染物）、甲醛（裝修污染）、異味（細(xì)菌污染）等各種空氣污染物對人體危害系數(shù)的逐漸升高，人們逐漸認(rèn)識到室內(nèi)空氣污染物的危害，同時對室內(nèi)空氣質(zhì)量的要求逐漸提高，空氣凈化器應(yīng)運(yùn)而生。

1.2產(chǎn)品說明

一、產(chǎn)品組成及作用

①、太陽能發(fā)電系統(tǒng)：由太陽能電池板、接線箱、蓄電池組、控制器、逆變器、配電箱、變壓器組成;

太陽能電池板：發(fā)電最核心的部分，其作用是將太陽輻射的光能轉(zhuǎn)化為電能，或在蓄電池中儲存起來，來推動負(fù)載進(jìn)行工作;

蓄電池組：儲存電能;

控制器：控制整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并對蓄電池起到過充電保護(hù)、過放電保護(hù)的作用，使太陽能發(fā)電系統(tǒng)始終處于發(fā)電的最大功率點Pm附近，以獲得最高效率（充電控制通常采用脈沖寬度調(diào)制技術(shù)即PWM控制方式）。放電控制主要是指當(dāng)電池缺電、系統(tǒng)故障時快速切斷開關(guān)，在溫差較大的地方，還應(yīng)具備溫度補(bǔ)償?shù)墓δ?

逆變器：按激勵方式，可分為自激式振蕩逆變和他激式振蕩逆變，由于太陽能的直接輸出一般都是12VDC、24VDC、48VDC，為能向220VAC的電器提供電能，逆變器將蓄電池的直流電逆變成交流電，需要使用DC-AC逆變器，有時需要使用多種電壓的負(fù)載時，也要用到DC-DC逆變器，如將24VDC的電能轉(zhuǎn)換成5VDC的電能;

變壓器：變換交流電壓、電流和阻抗。

②、被動式空氣凈化器系統(tǒng)：由排風(fēng)扇、空氣過濾器、高壓負(fù)離子發(fā)生器、收集器組成;

排風(fēng)扇：風(fēng)扇在機(jī)器中的作用體現(xiàn)在機(jī)器工作的開始和結(jié)束，開始：將污染空氣吸到機(jī)器內(nèi)進(jìn)行一系列凈化反應(yīng)，最后：將凈化之后的空氣釋放到室內(nèi)，風(fēng)扇使室內(nèi)空氣流動起來;

空氣過濾器：由兩層濾網(wǎng)組成，第一層濾網(wǎng)是靜電過濾網(wǎng)，吸附空氣中的懸浮粒子，第二層濾網(wǎng)是活性炭過濾器，吸收異味;

高壓負(fù)離子發(fā)生器：利用高壓放電、有選擇性地對空氣中氧原子進(jìn)行電離，產(chǎn)生負(fù)氧離子。

收集器：收集濾網(wǎng)中吸附的顆粒物質(zhì)。

二、工作運(yùn)行

①、節(jié)能裝置：

位于房頂上的太陽能板接收到直射和斜射的光能，產(chǎn)生直流電，儲存在蓄電池組中，通過逆變器將直流電轉(zhuǎn)化為交流電，通過控制器的控制作用，顯示電壓大小，再通過變壓器，將其變成室內(nèi)所需電壓，可連接視頻顯示系統(tǒng)，及時檢測各項數(shù)據(jù)的正確性。收集的電能驅(qū)動空氣凈化機(jī)工作。

②、耗能裝置：

空氣凈化器內(nèi)的風(fēng)扇將室內(nèi)的污濁空氣吸入，使室內(nèi)空氣循環(huán)流動;污染的空氣在通過空氣過濾器時進(jìn)行兩次過濾，將各種污染物清除或吸附;然后經(jīng)過裝在出風(fēng)口的負(fù)離子發(fā)生器，負(fù)離子與空氣中的其他化合物結(jié)合，最后將已經(jīng)在機(jī)器中進(jìn)行一系列凈化后的清新空氣通過排風(fēng)扇再次排出，以達(dá)到清潔凈化空氣的作用。

1.4 ?設(shè)計原理

1、光伏發(fā)電原理：以晶體硅為例描述光發(fā)電過程。P型晶體硅經(jīng)過摻雜磷可得N型硅，形成P-N結(jié)。當(dāng)光線照射太陽能電池表面時，一部分光子被硅材料吸收;光子的能量傳遞給了硅原子，使電子發(fā)生了躍遷，成為自由電子在P-N結(jié)兩側(cè)集聚形成了電位差，當(dāng)外部接通電路時，在該電壓的作用下，將會有電流流過外部電路產(chǎn)生一定的輸出功率。這個過程的實質(zhì)是：光子能量轉(zhuǎn)換成電能的過程。

2、控制器：既能跟蹤調(diào)控點Pm，又能跟蹤太陽移動參數(shù)的控制器，將固定電池組件的效率提高了50%左右。

3、理想變壓器原理：即電磁感應(yīng)原理。當(dāng)變壓器的原線圈接在交流電源上時，鐵心中便產(chǎn)生交變磁通，交變磁通用φ表示。原、副線圈中的φ是相同的，φ=φmsinωt。原、副線圈中的感應(yīng)電動勢為e1=-N1dφ/dt、e2=-N2dφ/dt。式中N1、N2為原、副線圈的匝數(shù)。U1=-E1，U2=E2，其復(fù)有效值為U1=-E1=jN1ωΦ、U2=E2=-jN2ωΦ，令k=N1/N2，稱變壓器的變比（有效值）?？傻肬1/ U2=-N1/N2=-k，原、副線圈電壓的位相差為π，所以，U1/U2=N1/N2，在空載電流可以忽略的情況下，有I1/ I2=N2/N1，理想變壓器原、副線圈的功率相等P1=P2。說明理想變壓器本身無功率損耗。實際變壓器總存在損耗，其效率為η=P2/P1。電力變壓器的效率很高，可達(dá)90%以上。

4.負(fù)離子發(fā)生器原理：負(fù)離子發(fā)生器中的高壓產(chǎn)生直流負(fù)高壓，將空氣不斷電離，產(chǎn)生大量負(fù)離子在風(fēng)扇的作用下形成負(fù)離子電流，高壓負(fù)離子發(fā)生器，利用高壓放電、有選擇性地對空氣中氧原子進(jìn)行電離，產(chǎn)生負(fù)氧離子。負(fù)氧離子具有十分活潑的化學(xué)特性，它能迅速與空氣中其它化合物結(jié)合，使其形成新形態(tài)的氧化物，進(jìn)而使某些氣態(tài)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為晶態(tài)物達(dá)到凈化空氣目的。

5.臭氧和負(fù)離子產(chǎn)生原理：模擬自然界雷電現(xiàn)象產(chǎn)生負(fù)離子和臭氧的原理，通過電子線路的作用，將輸入的低電壓升為直流和交流高電壓，由特殊的元件進(jìn)行放電，使空氣電離而產(chǎn)生負(fù)離子和臭氧，進(jìn)而產(chǎn)生活性氧，以改善和調(diào)節(jié)空氣，使空氣更加清新、自然。

6.臭氧強(qiáng)效殺菌分解原理：臭氧是人類已知的僅次于氟的第二位強(qiáng)氧化劑，臭氧在一定濃度下能與細(xì)菌、病毒等微生物產(chǎn)生生物化學(xué)氧化反應(yīng)。臭氧有很高的能量，所以很不穩(wěn)定，在常溫、常壓下分子結(jié)構(gòu)易變，很快分解成氧和單個氧原子。單個氧具有很強(qiáng)的活性，對細(xì)菌、病毒等微生物有較強(qiáng)的氧化作用。

7、濾網(wǎng)原理：第一層濾網(wǎng)是靜電過濾網(wǎng)，在無紡布纖維內(nèi)植入正負(fù)向永久性電荷，使布面上充滿高伏特數(shù)的強(qiáng)力靜電，用來吸附空氣中的懸浮粒子，使有害人體的分子在通過濾網(wǎng)時被吸附在濾網(wǎng)內(nèi)，濾網(wǎng)清凈效率可從7%到濾心集塵95%。空氣清潔器的空氣凈化濾網(wǎng)內(nèi)的高壓電離器使空氣中的污染物小到如細(xì)菌和病毒這樣0.01微米的微粒帶電，并被吸附在收集盤中，這樣可以阻止有害的刺激物在室內(nèi)流通。第二層濾網(wǎng)是活性炭過濾器，吸收異味。凈化后的空氣再次回到室內(nèi)。

作者簡介：崔雪超，男（1996.6—），漢族，河北石家莊人，本科在讀，研究方向：建筑環(huán)境。