一种无动力无噪声的防霾通风器的制作方法

本实用新型属于室内空气净化设备技术领域，特别涉及一种无动力无噪声的防霾通风器。

背景技术：

人的一生有80％的时间是在建筑内度过，因此营造健康、舒适的室内环境，提升室内空气品质对于人体健康有着重大意义。现有的控制室内污染物，提升室内空气品质的方法主要包括通风(包含机械通风和自然通风)、使用空气净化器等。

鉴于现今大气污染严重(雾霾、沙尘暴)，单独的自然通风往往会引入室外的污染物，并且开窗通风时，外界气流常常是直吹人体，引发吹风感，易诱发人体不适，在人处于睡眠休息状态时该问题也更加显著。机械通风通过加装过滤装置，虽在一定程度上能解决空气洁净度问题，但是过滤装置的风机运行会产生巨大的能耗，并且将产生大量噪声，影响人的正常工作休息。而使用空气净化器虽然能保持室内空气洁净，但由此产生的噪声依旧是急需解决的问题，且大多数空气净化器占用相当的房间空间。

目前有杨旭东,梁卫辉,杨珅发明的一种自然通风器(专利号CN201410020127.X)。该设备能够实现自然通风并检测存储室内空气品质数据，但不能够自动对室内状态做出相应的反馈，需要人为调节设备。此外，该设备并无针对颗粒物(PM2.5、PM10等)的去除措施，可能会将室外的细微污染物引入室内，不适合外界空气污染较为严重的天气。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了克服已有技术的不足之处，提出一种无动力无噪声的防霾通风器。本实用新型在实现基本的通风功能，满足室内换气需求的基础上，可以对送风进行净化处理，去除颗粒物污染，并能监控室内参数，以此为依据调整送风量。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

本实用新型提出的一种无动力无噪声的防霾通风器，包括一壳体，该壳体位于室外和室内处分别设有进风口和出风口，该壳体内在所述进风口与出风口之间形成流道；进风口处设有格栅，用于防止室外的飞虫异物进入室内；所述出风口处通过固定在所述壳体侧壁上的一对舵机连接有阀门叶片，通过舵机驱动阀门叶片转动，所述出风口所在平面与竖直面呈30°～45°，且壳体顶部向室内延伸有与出风口所在平面垂直的挡板，该挡板上固定有显示面板和警示灯；所述流道顶部固定有吸音棉和多个负离子发生模块，该流道底部固定有吸音棉并设有可取出的集尘板；所述壳体位于室内的侧壁上还设有数据处理模块、温湿度传感器、二氧化碳浓度传感器和PM2.5浓度传感器，数据处理模块分别与各传感器、显示面板、警示灯和舵机连接。

更进一步地，所述出风口处的通风面积按照如下公式计算：

μ为开口流量系数，取值为0.4～0.6；ρout为室外环境空气密度；ρin为室内设定环境空气密度；ΔP为房间内外热压，按照以下按公式计算：

ΔP＝gh(ρout-ρin) (2)

式中，h为房间渗风综合面高度；g为重力加速度；

Q为理论换气量，根据CO2浓度控制方程确定：

式中，Cin为室内CO2浓度；Cout为室外CO2浓度；V为房间体积；浓度对时间的变化率Es为室内CO2总释放量，Es＝nVco2，其中，n为室内人数；为人体散发CO2的速率，按照CO2排出量与人体代谢率关系的实验式计算：

式中，M为人体代谢率，日常工作状态取1met，睡眠状态取0.7met，1met＝58.2W/m²；

AD为人体皮肤表面积，按以下公式计算：

AD＝0.202mb^0.425H^0.725 (5)

式中，mb：为室内人员的平均体重；H为室内人员的平均身高；

联立公式(3)～(5)，求解得所述理论换气量Q，最终求得所需通风面积大小A。

本实用新型的特点及有益效果：

本实用新型利用热压通风原理为室内源源不断送入新风，提高了室内空气品质。其中，热压是室内外空气的温度差引起的，由于温度差的存在，产生室内外密度差，使得沿着建筑物墙面的垂直方向出现压力梯度，即本实用新型是利用室内外空气温差所导致的空气密度和进出风口的高度差来实现通风。同时，该防霾通风器能够有效避免了开窗气流直吹人体造成的不适感，对于夜间睡眠送风有极大的意义。该防霾通风器中的负离子发生模块能够实现高效去除送风中的pm2.5等污染物，并且无阻力、无耗材(无需更换滤网，可长期使用)，功率仅有3W左右。此外，利用热压通风，最大程度地减少了能耗，除初期投资外，不会有额外的经济负担，使用方便，生产质量高。

附图说明

图1是本实用新型防霾通风器一种实施例的三维示图。

图2是本实用新型防霾通风器一种实施例的正视图。

图3是图2的A-A剖面图。

图4是本实用新型防霾通风器一种实施例的左视图。

图5是本实用新型防霾通风器对室内二氧化碳浓度的控制流程图。

图6是本实用新型防霾通风器对室内PM2.5浓度的控制流程图。

图7是本实用新型防霾通风器对室内温湿度的控制流程图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本实用新型的技术方案详细说明如下：

本实用新型实施例的防霾通风器，固定于窗框与窗台之间，其结构如图1～图4所示，含有壳体1，壳体位于室外和室内处分别设有进风口和出风口，壳体1内在进风口与出风口15之间形成流道14；进风口处设有格栅11，用于防止室外的飞虫等异物进入室内；出风口15处通过固定在壳体1侧壁上的一对舵机9连接有阀门叶片10，由舵机9驱动阀门叶片10转动，出风口15所在平面与竖直面呈30°～45°，壳体1顶部向室内延伸有与出风口15所在平面垂直的挡板16，出风口处的上述设置可实现对净化风的换向处理，避免直吹人体；在挡板16上固定有显示面板7和警示灯8；流道14顶部固定有吸音棉12和多个负离子发生模块2，流道14底部固定有吸音棉12并设有可取出的集尘板13；壳体1位于室内的侧壁上设有数据处理模块3、温湿度传感器4、二氧化碳浓度传感器5和PM2.5浓度传感器6，数据处理模块分别与各传感器、显示面板7和警示灯8连接；数据处理模块3用于根据热压通风原理和测得的室内二氧化碳浓度计算出风口15处的通风面积，将该通风面积转换成舵机9转动的角度后调整阀门叶片10的开度；数据处理模块3根据室内的PM2.5浓度控制警示灯8和负离子发生模块2的开关，同时，数据处理模块3将各传感器测得的数据实时显示在显示面板7上。

本实用新型各组成部件的具体实现方式级功能分别说明如下：

负离子发生模块2配置在壳体内的流道14顶部，对送风进行处理，可避免PM2.5等室外颗粒污染物进入室内。微小的颗粒物在负离子的作用下会凝聚成较大的粒子，从而在流道14底部沉降下来且被集尘板13收集，达到去除污染的作用。本实施例配置两个负离子发生模块2，为市售产品，具体个数根据所设定通风量大小及使用地区空气质量确定。负离子发生模块2由数据处理模块3控制通断。集尘板13可以由送风口15取出进行清洗，可重复使用。流道14两侧填充有吸音棉12达到降噪的效果，有效降低室外的噪声对室内的影响。

数据处理模块3、温湿度传感器4、二氧化碳浓度传感器5和PM2.5浓度传感器6均安装在壳体1侧壁上，显示面板7和警示灯8固定在挡板16正面，一对舵机9安装在出风口15所在的壳体侧壁上。显示面板7、警示灯8、舵机9和各传感器均分别通过线路与数据处理模块3相连。其中：

参见图5～图7，二氧化碳浓度传感器5用于传输室内的实时二氧化碳浓度数据，二氧化碳是空气污染程度的标志物，通过对二氧化碳的浓度进行检测，数据处理模块3控制舵机9做出相应的反馈：当室内二氧化碳浓度超出1000ppm，装置中舵机9转动(初始状态叶片方向与内部流道14方向平行，可转动0～90°范围)，阀门叶片10随之转动，提高开度，增大送风量；当室内二氧化碳浓度降低至600-1000ppm，阀门叶片10保持当前开度不变；当室内二氧化碳浓度达到600ppm以下时，舵机9反向转动，阀门叶片10的开度减小，避免室外冷风过多地进入室内，影响舒适性叶片转动90°可将出风口关闭，叶片形状与出风口截面形状相同。PM2.5传感器用于传输室内的实时PM2.5浓度数据，通过对PM2.5的浓度进行检测，数据处理模块3控制警示灯8做出相应的反馈：当室内PM2.5浓度大于50微克每立方米，数据处理模块控制警示灯8将亮起，提醒使用者，同时由数据处理模块控制负离子发生模块2开启对进风进行处理；当室内PM2.5浓度小于50微克每立方米，数据处理模块控制警示灯8将熄灭，负离子发生模块2也随之关闭。温湿度传感器可以传输室内的实时温湿度数据。此外，二氧化碳传感器5、PM2.5传感器6和温湿度传感器4所测得的数据都会实时显示在显示面板7上，供使用者参考。本实施例采用的各器件均为市售产品，数据处理模块3为市售的Arduino Uno R3开发板，该数据处理模块所完成的功能可通过常规的编程技术予以实现。

本实用新型防霾通风器的通风面积A根据热压通风流量经验公式(1)确定：

式中，A为本防霾通风器出风口处的通风面积，单位为cm³；

μ为开口流量系数，μ的大小可根据经验取为0.4～0.6；

ρout为室外环境空气密度，单位为kg/m³；

ρin为室内设定环境空气密度，单位为kg/m³；

ΔP为房间内外热压，单位为Pa，按照以下按公式计算：

ΔP＝gh(ρout-ρin) (2)

式中，h为进风口中心和房间渗风综合面高度的高差，单位为m；g为重力加速度，取值为9.8m/s²；

Q为理论换气量，单位为m³，根据CO2浓度控制方程(3)确定：

式中，Cin为室内CO2浓度，单位为ppm；

Cout为室外CO2浓度，单位为ppm；

V为房间体积，单位为m³；

室内二氧化碳浓度随时间的变化率，单位为ppm/s；

Es为室内CO2总释放量，单位为mL/s，Es＝nVco2，其中，n为室内人数；为人体散发CO2的速率，按照CO2排出量与人体代谢率关系的实验式(4)计算：

式中，M为人体代谢率，单位为W/m²，日常工作状态取1met，睡眠状态取0.7met，1met＝58.2W/m²；

AD为人体皮肤表面积，单位为m²，人体皮肤表面积AD按公式(5)计算：

AD＝0.202mb^0.425H^0.725 (5)

式中，mb:为室内人员的平均体重，单位为kg；H为室内人员的平均身高，单位为m；

联立公式(3)～(5)，求解得理论换气量Q，最终求得所需通风面积大小A。

现以60m³(20m²，3m层高)房间、人数四人，睡眠状态为例，利用上述内容确定本防霾通风器出风口15处的通风面积，所涉及的各个参数的具体取值详见下表：

综上，本实用新型的防霾通风器主要利用热压通风的原理，而不使用机械通风，通过室内温度差产生的热压，为室外空气进入室内提供动力，实现通风换气。具体通风面积由冬季室内外温度、室内空间大小，及人员数目、活动量决定。而夏季处则于自然开启状态实现通风换气。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含的本实用新型的保护范围内。