基于干霧抑塵的智能空氣凈化系統研究

賈強樂 暴偉杰

秦皇島首創思泰意達環?？萍加邢薰?/p>

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智能空氣凈化系統汲取了干霧抑塵技術和負離子空氣凈化的優點，對空氣中的可吸入顆粒物進行有效治理，依托PLC的自動化和數字化控制能力，實現在線實時測量空氣凈化主機進氣端和出氣端的空氣質量，通過串口總線上傳到顯示終端，同時利用空氣質量傳感器反饋的數據信息，實現空氣凈化系統的無故障自動運行。

空氣凈化；干霧抑塵；智能；負離子

1 引言

可吸入顆粒物是指空氣動力學當量直徑小于等于10微米的顆粒物，即常說的空氣質量參數中PM10和PM2.5的濃度，這些顆粒物可長期漂浮在空氣中，污染范圍廣，對人體的危害也十分巨大，易誘發多種心血管和呼吸系統疾病。而本研究涉及的空氣凈化系統可以實現對可吸入顆粒物的深度治理，并且能夠實現智能化自動控制和管理。

2 空氣凈化器原理分析

市場上常見的空氣凈化器從原理上來說主要分為被動吸附過濾式和主動式等兩種。其中，被動吸附過濾式空氣凈化器是用風機將空氣抽入機器，通過內置的濾網過濾，能夠起到過濾粉塵、異味和消毒等作用，但是需要定期更換濾網，后期運行成本高；主動式的空氣凈化器不受風機與濾網的限制，可主動有效的向空氣中釋放凈化滅菌因子，通過在空氣中彌漫、擴散的特點，起到對室內空氣進行凈化的效果，但是易產生臭氧，作用范圍有限。

本文涉及的空氣凈化系統，利用負離子凈化技術和干霧抑塵技術，并且借助風機的動力有效擴大作用范圍，達到大范圍凈化空氣的效果。負離子和干霧能夠凈化空氣中的可吸入顆粒物，同時負離子發生器工作過程中產生的臭氧還可與干霧捕捉到的雜質或有害物質發生氧化反應，可以有效減少直接擴散到空氣中的臭氧量，起到稀釋干凈空氣中臭氧濃度的作用。

負離子是空氣中一種帶負電荷的氣體離子，具有鎮靜、催眠和降血壓等功能，還能還原來自大氣的污染物質、氮氧化物和香煙等產生的活性氧，減少過多活性氧對人體的危害，并且還可以中和帶正電的空氣粉塵顆粒使之無電荷后沉降，達到空氣凈化的目的。

干霧抑塵技術是通過高壓離子霧化和超聲波霧化，產生1μm～10μm的超細干霧。干霧不會快速沉降并且進行無規則的永不停歇的布朗運動，干霧之間也并不會迅速聚合產生大的液滴，所以可在空氣中長時間漂浮，主動出擊捕捉空氣中的顆粒物，直到受到外力沉降或水霧與粉塵碰撞粘合，形成粉塵團，直至自然沉降，從而達到消除粉塵的效果。

3 空氣凈化系統結構組成

空氣凈化系統主要包括主機、空氣質量檢測系統和智能控制系統等三部分，其中空氣凈化主機綜合負離子和干霧抑塵技術，達到空氣凈化的要求，而智能控制系統主要依靠PLC的自動化控制功能，結合各種檢測傳感器反饋的信號，實現系統的智能化和精細化控制。

3.1 空氣凈化系統主機

主機從結構組成來講，可分為負離子凈化腔、干霧抑塵腔和離子爆炸腔等三個工作腔室。

負離子凈化腔內的負離子發生器利用尖端直流高壓產生高壓電暈，并釋放出大量的負離子，對污濁空氣有除塵殺菌的作用，可中和空氣粉塵顆粒中眾多的正離子，并使顆粒物荷負電，提高顆粒物之間相互吸附和慣性碰撞凝結的概率，達到凝聚微小顆粒物的效果。此過程中，凝聚的污染顆粒物一部分會沉降在負離子凈化腔內，一部分會隨自由流動的空氣流進入干霧抑塵腔內進一步被凈化。

干霧抑塵腔內安裝若干漫射型干霧發生裝置，整個腔室到處都彌漫著干霧，污濁空氣通過干霧腔室時，微米級干霧滴會與流通的空氣中的細微顆粒物結合，起到干霧過濾的作用，用于替代傳統意義上的污染物顆粒物過濾網。干霧過濾裝置免更換，易于維護和清洗，并且無風阻壓差，高效低耗，節能環保。較重的粉塵團在自身重力作用下會自然沉降在干霧腔內，剩余的會隨空氣流進入離子爆炸腔。

3.2 空氣質量檢測系統

空氣凈化系統在空氣的進出口均設置溫度、濕度、可吸入顆粒物濃度傳感器、二氧化碳和TVOC等室內空氣品質檢測傳感器。

溫濕度傳感器是高精度數字式傳感器，二氧化碳傳感器是紅外非擴散式傳感器，TVOC傳感器基于PID檢測原理，響應快速，分辨率高。

顆粒物濃度傳感器是基于激光散射原理，連續采集并計算單位體積內空氣中不同粒徑的懸浮顆粒物個數，即顆粒物濃度分布，進而換算成質量濃度，并以通用數字接口形式輸出，具有適用范圍廣、測量速度快、準確性高和可在線實時測量等優點，滿足空氣凈化系統的使用要求。

3.3 智能控制系統

選用西門子S7-200 SMART PLC，實時采集上述各種傳感器的信號，并進行數據信息匯總和處理，制定合理的控制策略，最終給執行機構發出相應的控制指令，實現系統的智能化自動控制。

控制系統設置本地控制和自動控制兩種工作模式，其中本地控制模式允許使用者隨時根據自身需要啟動和停止設備，還可以任意調整風量等參數，自動控制模式是靠PLC根據傳感器反饋的信號決定設備的啟停和風量等參數的調整，在達到空氣凈化目的的同時，起到節約能源的作用。

4 空氣凈化系統工藝流程

污濁空氣靠風機的動力抽送到設備主機管道內，經過空氣質量檢測區域，然后分別流經負離子凈化腔室、干霧抑塵腔室和離子爆炸腔室后，含有眾多污染物顆粒物的水霧都將沉降在主機內部，最后在清新空氣排出之前再次進入空氣質量檢測區域進行測量，這樣便于空氣凈化系統進行數據對比。

5 結語

空氣中的可吸入顆粒物從數量方面來講PM0.3占有很大一部分，況且這也是對人體危害最大的細微顆粒物，不容忽視。本文研究的空氣凈化系統結合干霧抑塵和負離子凈化等方法，經試驗測得可以凈化絕大部分粒徑小于0.3微米的超微顆粒物，能對污濁空氣起到更深層次凈化處理的作用。

[1]朱天樂,郝吉明,周中平,王延吉.室內空氣凈化技術評述[R].全國室內環境與健康研討會,2002.

[2]趙華偉.室內空氣凈化關鍵技術研究[J].山東工業技術,2017(1):241.