一种可控式家用新风系统的结构及元件分析

李晶 张棋 苏洋 李玉涵 刘雨钊

摘要：新风系统是目前改善室内空气质量最直接有效的方式，本文在普通新风系统的基础上，增加了多重滤网及传感器两大元件，实现对室内空气质量的实时监控及调节，并结合实际情况对两大元件的具体型号等进行分析选择，属于绿色环保和节能减排领域的研究课题，具有较高的社会价值。

关键词：可控式;新风系统;滤网;传感器

引言

随着社会经济飞速发展和人民物质生活水平不断提高，空气污染问题日益突出，雾霾引起的疾病不可小觑，人们的自我保健意识增强，对新鲜健康的空气需求高涨。家用新风系统作为净化室内空气的最直接有效途径，越来越受到各方的关注，而当下一般家用新风系统无法实时监控及调节室内空气质量，为解决此问题，本文提出一种可控式家用新风系统。

可控式家用新风系统的工作原理

新风系统是由新风换气机及管道附件组成的一套独立的空气处理系统，新风换气机的四大主要组成部分为过滤滤网，送排风机，多级的控制系统，空气–空气热交换器。在这些部件之中空气–空气热交换器、滤网的性能情况决定了住宅室内空气品质的好坏。室外空气进入管道，首先依次通过初级滤网和中级滤网，然后与将室内空气排到室外的管道进行热交换，从而降低能耗、节能减排;接下来通过高级滤网，深度过滤，最后经过不同类型的传感器，对进入室内的空气质量进行监测，从而决定是否需要打开加湿或烘干功能、改变空气进量或更换滤网。经过最终净化后的符合我们要求的健康新风进入室内。

可控式新风系统主要元件的选择和集成

过滤网的选择

初级滤网选用化纤无纺滤料，在专业上被叫做聚酯纤维，在民间被称作无纺布，聚酯纤维滤纸在很多方面具有优势，例如其具有成熟的技术，广泛的使用，以及稳定性良好等，在这些条件下大部分较大的颗粒都可以被过滤。中级滤网选用合成纤维滤材，它是一种新兴的材料被应用于过滤过程，其具有高效的吸附性能，像甲醛，硫化氢等污染气体都可被其吸附。玻璃纤维滤纸常常被用作高级滤网，玻璃纤维滤纸具有耐高温、使用寿命长，使用效率高、低碳环保等特点，几个微米到二十几米个微米是该种滤纸的单丝直径范围，成百上千根单丝组成纤维原丝，这些原丝可以除去空气中微小粒径的粒子[1]。

传感器的选择

本文将各类传感器与传统的新风换气机进行了综合集成，利用各类传感器对室内空气质量进行实时监测，并根据此数据对新风系统各参数进行调整和管理，以达到最佳效果，这一部分是智能可控式新风系统的基础。

室内空气质量的影响因素很多，例如温度、湿度、氧含量、颗粒物含量、污染物含量等，综合考虑后，我们选择湿度、二氧化碳含量以及粉尘含量三个参数来衡量新风系统空气质量。

湿度传感器 本文选用型号为808H5V5的集成湿度传感器，测量范圍0–100%RH，工作温度–40–85℃，测量准确度4%。在传感器上可以具体的显示出当前空气中的湿度以及其具体变化，湿度传感器以及放大电路存在于整个集成系统的内部，这些传感器以及放大电路可以将采集来的温度信号转化成为电信号，进而将其传递给计算机系统，从而在显示屏显示具体数值，若要改变当前湿度，将调整方案输入烘干器或者加湿器。一般空气湿度范围为：夏季40–80%，冬季30–60%，均在本传感器的可检测范围之内。[2]

二氧化碳传感器 本文选用型号为COZIR–A的二氧化碳传感器，测量范围0–1%，工作范围–25–55℃，它不仅是市场上最低功耗的传感器，而且也是拥有更快响应速度的高性能产品，用作新风系统内检测二氧化碳浓度非常合适。

下面是该二氧化碳传感器的一些参数。

COZIR–A的二氧化碳传感器的适用湿度：0–95%。

COZIR–A的二氧化碳传感器的测量范围：有量程0–2000ppm，0–5000ppm，0–1%供选择。（1ppm=百万分之一）。

仪器精确度：±50ppm或者读数的+/–3%中的大值。

室内空气中二氧化碳卫生标准值≤0.10%（2000mg/m3）。

空气的组分之一（占大气总体积的0.03%–0.04%）[3]。

粉尘传感器 现今，市场上主要有两类常用的粉尘传感器，分别是激光粉尘传感器和红外粉尘传感器。其中，激光粉尘传感器可以检测到直径大于0.3um的颗粒，但红外粉尘传感器的测量精度较低，只能检测到直径大于1um的颗粒。我们选用激光粉尘传感器DS100，其采用风扇或鼓风机采集大量数据，自带CPU性能较高，主要用于检测空气中PM2.5的含量。主要参数如下：1、可吸入颗粒物测量范围（当量换算值）：0–100μg/m3（PM2.5），0–200μg/m3（PM10）;2、最小检测粒子直径范围：>0.3μm;3、仪器相对误差：≦10%FS;4、输出电流范围：4–20mA;5、工作所需条件：电源24VDC&plun;10%，预热1分钟。

综合集成 检测变送器：在自动控制系统中，首先变送器测量目标工艺参数，而后将所测参数转化为一种特定的电流信号或气压信号，并传送该信号给调节器。

调节器（控制器）：接收检测变送器的信号，并将其与实际工艺参数进行比较，由此得出偏差信号，再对偏差信号进行规律性运算得出控制信号，最终将控制信号传送到执行器。

结语

雾霾问题的突出，加之人们对健康的追求，新风系统势必会有蓬勃发展，通过对各类传感器、多重滤网与新风换气机的集成结合，开发出了智能可控式新风系统结构，确定了主要元件的选型，实时监控调节室内空气质量，保障人体舒适与安全的同时，对节能减排也有积极作用，为人们提供了极大便利。

参考文献

黄凯良.北方住宅冬季通风与高效储能新风系统研究[D].重庆大学，2015.

GB/T 18883–2002，室内空气质量标准.

樊瑛，刘莉红，汤民，张传生.新风系统在高层住宅中的应用[J].住宅产业，2015（7）：40–43.