空气净化器净化及控制技术发展

王勇

摘要：空气净化器（Airpurifier），又稱空气清新器，空气清洁器，是指对室内空气中的细微颗粒、粉尘、异味或细菌病毒等具有一定吸附、分解、转化或去除能力的装置。它的起源可以追溯到十六世纪戴在脸上的面罩，当时只是简单被动地用于过滤空气中的烟雾；时至今日，除了简单的颗粒物污染，空气净化器面临着越来越多的微生物污染和气态化学物污染的挑战，因而采用新的净化技术或复合式净化技术的净化器也不断出现，目前常用的净化方法有物理及化学吸附、HEPA过滤、活性炭过滤、静电集尘、负氧离子、光催化等。

关键词：空气净化器；净化；控制技术

1需求分析

1.1功能需求

室内负离子空气净化器的主要工作原理是指在放电的作用下，一些自由电子与另外的气体结合就生成了负离子，而此时负离子与颗粒污染物组合在一起就构成了“重离子”，它会沉降或者附着在物体外表层，可以起到杀灭细菌的效果。设计的这款室内负离子空气净化器，首先能够吸附，分解或转化各种空气污染物。其次，产品在工作过程中可以保证不会产生过多的臭氧，确保在安全范围内。并且，产品的操作要简单方便，适用于广大需求群体。

1.2安全需求

室内经常会存在各种对我们身体有害的物质（如甲醛，苯等），这个时候就可以通过空气净化器产生的负氧离子有效的去控制，尽量消除对我们有害的物质。空气中的负离子浓度越大，对我们的身体越有益处。净化器在工作的时候，由于工作时间过长，会导致产生过多的臭氧，对我们身体产生伤害，所以就采用两种工作方式，即有人的时候使用清新方式，没有人的时候就转变为消毒的工作方式，确保对身体健康没有影响。如今，随着人们生活水平的提高，人们越来越注重养生，空气净化器正好迎合了人们的需求。

2国内外空气净化器技术特点

2.1美国及欧洲

美国是现代空气净化器的发源地，二战期间研制成功了世界上第一款可以过滤空气中有毒物的HEPA滤网，时至今日仍然是空气净化器的主要过滤方式之一。据统计，美国的净化器有60%采用高压静电吸附技术，通过合理的风道和机箱形式的设计，可以大为提高净化效率。如有些产品在超高速模式下，每分钟可输出7.1m3的清新空气，30min左右可净化36m2室内空气；另一款产品将滤网设计为360°的环形，配合速度三档可调的风机以及超大进风口设计，净化效果可以远远超出普通平面滤网，效果可以达到联邦食品与药品管理局医疗设备标准。

欧洲作为全球工业革命的发源地，曾深受环境污染之害，因而特别注重净化效果。据报道已开发出基于纳米技术，可以过滤0.5-10nm细微颗粒的长效滤网，该滤网还具备抗紫外线、可水洗的特点，多层滤网和紫外杀菌、水洗过滤等方式组合，可以对空气进行有效的净化和消毒，避免呼吸道疾病；同时净化效率高，对于20m3房间，只需10min就可以实现一次循环；在使用上具有简洁直观，功能齐备的特点，如可以提供多档风速调节、多级LED指示灯并智能感知室内空气质量，当空气质量变差时能够自动启动。

2.2日本及韩国

日韩产品的共同点是注重人性化设计，在关注净化效果的同时，更加关注用户的使用需求，具有儿童安全锁、睡眠模式、智能监测、遥控开关等功能，而实现这些功能的关键在于传感器。第一种传感器是PM2.5检测传感器，利用它可以检测室内PM2.5的浓度并控制净化器的自动启停；第二种是气味传感器，主要检测花粉、宠物皮屑等过敏源；第三种就是实现睡眠模式的照度传感器，当检测到室内光照小于设定值后，能够自动转换工作模式，降低风速和操作面板的亮度，净化器以最低速度运行，噪音也降至最低，净化器运行八小时后将自动关机。此外，日韩二国长期注重专业化空气净化的研究，特别是针对车辆、厨房等特殊空间和场合进行设计，目前拥有核心专利最多的也是这二个国家。2016年的文献资料表明，车载净化器的过滤方法已由单一的滤网式过滤发展为太阳能式、光触媒式以及复合式过滤方式，同时利用紫外线进行处理和利用羟基发生器的紫外波技术有可能成为新的车载净化器的发展方向之一。

2.3中国

近年来，我国的空气净化器产业在品牌和销量二方面得到了快速发展。统计数据表明，2013年我国空气净化器销售量为240万台，2014年达到325万台，2015年为352万台，2016年则达到520万台，品牌数也从2014年的556个增加到2015年的668个。技术方面的第一个特点是注重智能技术的研究及应用。天津科技大学的彭一准等利用MSP430或DSP等作为主控制器，通过灰尘传感器和温湿度传感器实时检测空气质量，并采用模糊控制算法实现净化器的智能控制；乐山师范大学的吴志雄等以CC2530单片机为控制器，通过ZigBee无线模块实现与ARM9的串口通讯，ARM9用于构建Boa网页服务器和Sqlite中心数据库，从而构成了可远程网络控制的空气净化器；华东理工大学的房鑫宝在PM2.5自启动的基础上，通过ESP8266模块将空气质量数据通过无线传送到yeelink平台，利用云平台上成熟的移动终端APP，可随时随地快速地查看数据，进而实现了基于物联网的控制。第二个特点是注重使用的方便性，具有自清洗功能的空气净化器是目前的热点，由于大部分产品仍然利用HEPA滤网或活性碳芯进行过滤，它们在使用一段时间后需要更换，没有及时更换还会造成二次污染，针对这一问题，国内已有多项专利，如有人提出一种带水箱、水泵和紫外灯的主机结构，实现对活性炭过滤装置的清洗；笔者针对一款具有自洁功能的净化器设计了图1所示的控制系统。此系统以MSP430单片机为核心，除常见的温度检测、PM2.5浓度检测、风压检测传感器和遥控发射单元电路外，增加了水位传感器，以及电辅加热控制和进排水电磁阀等器件，在手动发出清洗命令或到达预先设定的清洗时刻后，控制电磁阀的进水和排水操作，执行三次过滤装置的清洗循环，完成后利用PTC陶瓷加热管进行烘干。

结束语

随着生活水平的提高，人们对空气净化器的功能提出了更高的要求。首先介绍了常用的空气净化方法，针对目前最为普遍使用的滤网过滤方式，介绍了其过滤方法和基本原理，然后分别根据欧美、日韩及我国所生产净化器的特点，围绕着净化效率、传感检测、控制策略及功能发展特色等展开论述，希望对相关工作人员有所帮助。