太阳能智能除霾窗的设计与研究

作者:陈瑛;曹进;王洋;胡元斌;李佳丽; 刊名:乐山师范学院学报 上传者:白爱民

【摘要】文章介绍一款能够使人们呼吸到新鲜空气的太阳能智能除霾窗。该智能除霾窗以现代居民楼的飘窗作为载体,用太阳能电池组件作为飘窗的雨棚为供电装置,将空气净化装置置于观赏鱼缸内,当室外空气被污染时智能除霾窗自动启动开始净化空气,使得进入室内的空气均为洁净的空气。同时,该智能除霾窗还带有空气检测装置和水质检测装置,用户可以随时观察室内外的空气质量以及鱼缸内的水质,当空气净化效果不理想时及时更换过滤材料,当水质变坏时及时更换鱼缸内的水。文章对所介绍的智能除霾窗付诸试验,根据实验结果分析,除霾效果良好。

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0引言雾霾天气是一种大气污染状态,雾霾是对大气中各种悬浮颗粒物含量超标的笼统表述,尤其是PM2.5(空气动力学当量直径小于等于2.5微米的颗粒物)被认为是造成雾霾天气的“元凶”[1]。当前,我国环境污染的形势已不乐观,雾霾天气时常出现在我国的大部分城市,特别是在冬季,雾霾天气更是频频出现。在雾霾严重时,很多城市居民甚至不敢出门也不敢开窗户,担心呼吸道受雾霾的影响。虽然很多人在室内放置了空气净化器,但是没有起到根本性的作用[2]。传统的空气净化器能够过滤空气中的一些固体颗粒物和部分有害气体,但是它是使室内的空气不断地循环,没有新鲜空气进入室内,长期如此会导致室内空气的含氧量越来越低,最后不适合人类呼吸所用。因此,如果长期处于一个封闭的室内环境,对身体健康也是不利的,人类的生存需要有新鲜的空气进入室内以保证新陈代谢的需要。如果能设计一款空气净化器在雾霾天气时不用关窗户,就能净化被污染的空气,将净化后的新鲜空气源源不断地引入室内,那么将解决这一问题。本文所介绍的太阳能智能除霾窗能够实现在雾霾天气时使进入室内的是洁净的可供人们正常呼吸的空气。该太阳能智能除霾窗是一个利用清洁能源供电,改善进入室内的空气质量的空气净化器。与传统的空气净化器不同的是它净化的是室外的空气,并不断地向室内补充新鲜空气。1.2净化模块本文设计的太阳能智能除霾窗是以居民家的飘窗和鱼缸为载体,该装置中的空气净化模块主要依托于放置在飘窗上的观赏鱼缸[6]。观赏鱼缸中饲养几条金鱼和清道夫鱼,并放上一些易活的水草[7]。净化模块放置于观赏鱼缸的顶部,同时作为鱼缸的盖子。净化模块的第一层为一个中间有许多小孔的有机玻璃,且周围与鱼缸用橡胶垫1太阳能智能除霾窗的设计本文所设计的太阳能智能除霾窗共分为供电模块、净化模块和检测模块等三大模块。供电模块是以作为雨棚的太阳能电池组件发电,以蓄电池作为储能装置,以小型逆变器作为直交流电的转换装置构建一个完整的供电系统为整个净化系统供电;净化模块以活性炭、二氧化钛和HEPA作为空气的过滤装置,以超声波雾化器雾化鱼缸里的水以吸附被污染空气中的颗粒物,达到多重净化空气的目的;检测模块设置PM2.5传感器、PM10传感器和水质浊度传感器,采集的数据通过液晶屏显示出来[3-4]。1.1供电模块该除霾窗是以居民家中常见的飘窗作为载体来设计的,供电模块中的太阳能电池组件面积较大易占空间,其形状为长方形,且不惧风雨,将其设计为飘窗的雨棚。这样设计不仅将占地的电池组件安装妥当而且还可以节约居民安装雨棚的费用。以处于北半球的中国为例,应将作为雨棚的太阳能电池组件安装在朝南的窗户上,且安装时有一定的倾角,这样安装是为了接收到更多的太阳能资源,以最少的太阳能电池发最多的电[5]。该模块中太阳能电池组件选用的是由项目组成员制作的,功率为100 WP、开路电压VOC为22.6 V、工作电压为20 V、开路电流ISC为5.65 A的组件;储电设备选用的是电压为12 V,容量为105 AH的铅酸蓄电池。该除霾窗不仅需要直流电还需要交流电,因此供电模块还需要离网的逆变器,将直流电转换为交流电供净化设备使用。为此,项目组为该模块选用了一台1千瓦的小型逆变控制一体机,该一体机不仅能够控制对铅酸蓄电池的充放电,而且能够将蓄电池的12 V直流电逆变为220 V的交流电。白天有阳光的时候,太阳能电池组件发电,通过逆变控制一体机给蓄电池充电,用电全部通过蓄电池放电,直流电则直接通过蓄电池放电即可,如需220 V交流电则需要通过逆变控制一体机将蓄电池的12 V直流电逆变为220 V的交流电供外部使用。至此

参考文献

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