一种双电磁波谱协同的智能空气净化系统

作     者：王忠展 

作者单位：杭州电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：秦会斌

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 081404[工学-供热、供燃气、通风及空调工程] 0814[工学-土木工程] 

主      题：空气过滤 空气灭菌 电磁波灭菌 紫外频段 微波频段 微信小程序 

摘      要：以往对于空气净化系统设计主要基于紫外线灭菌、负离子净化、静电除尘等技术,基于微波、紫外的双频段电磁波协同灭菌技术的净化系统设计则少有论及。本文运用微波、紫外双频段电磁波协同空气灭菌技术与嵌入式技术实现一款智能复合型空气净化系统,整个系统由空气净化装置、空气质量检测系统、空气质量控制系统三部分组成。空气净化装置采用多层滤网和双频电磁波实现对颗粒物的过滤、总挥发性有机物的吸附以及微生物的杀灭,其中的静电前置过滤棉主要对空气中大颗粒物起过滤作用,纤维活性炭滤网在对空气中总挥发性有机物起吸附作用的同时对微生物也存有一定的净化效果,高效HEPA滤网主要对空气中直径0.1um以上微生物起截留作用,由双频段电磁波辐射进行消杀。其对于空气中微生物消杀机制在于:灭菌内腔内置高效HEPA滤网截留空气中直径0.1um以上微生物,磁控管产生微波频段电磁波,紫外灯产生紫外频段电磁波,形成双频段电磁波对滤网上微生物进行双重消杀。空气质量检测系统主要由采集终端节点和协调器组成,其中的采集终端节点由室内空气检测传感器和数据处理器组成,协调器由数据处理器组成。采集终端节点分布在室内采样点采集空气质量数据,数据由Zig Bee星状网络传至协调器完成数据处理与融合。采用基于无线数据传输的多传感器节点采集空气质量数据,可实现对室内不同位置的空气质量同步检测,同时也方便了检测传感器节点的布放。空气质量控制系统主要由硬件电路和控制软件组成,可实现对净化装置的定时、功率调整、工作模式切换以及实时空气质量数据显示等功能。采用增量式PID控制算法实现风机调速的及时响应和平稳性,解决了风机调速时反激脉冲电流过大的现象。控制软件使用微信小程序,加入了城市定位、天气获取、天气建议以及工作日志的功能,以满足不同使用要求。对系统进行的实际测试结果表明,输出能量为1000W的微波频段电磁波辐射在1min内即可杀灭空气中常见的细菌和真菌,消杀率达到90%。紫外频段电磁波辐射的输出功率达到3W时,在30min内即可杀灭空气中常见的细菌和真菌,消杀率达到90%。实现的空气净化装置通过双频段电磁波同时对空间内的微生物消杀加上过滤,对颗粒物控制效率高达92.9%,对总挥发性有机物净化效率高达94.8%。在室内投入使用1h可杀灭其中90%的细菌和真菌。