氣象指揮車空氣凈化系統的設計范文

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摘要

針對氣象部門的移動指揮車需求，本文研究與設計車內的一套空氣凈化系統。該空氣凈化系統以光催化技術與傳感器采集技術為核心，通過直流風機將車內氣體引至系統進風口，首先，氣體經過三層過濾網進行機械過濾;然后，過濾后的氣體再經過涂有催化材料的金屬過濾網。在紫外線燈的照射下，催化涂料納米金屬氧化物與紫外線發生反應，產生極強氧化物，對過濾后的氣體進行殺菌與消毒，完成了對氣象指揮車艙內的空氣凈化的過程，有效保障車艙內氣體質量與人員的健康。

關鍵詞

光催化技術;空氣凈化;傳感器;移動指揮車

當前，全球的大氣污染已經成為了熱點話題，各種氣體污染已經給人們的健康帶來一定的危害。就室內氣體污染來說，如裝修、生產污染產生的甲醛、苯、二甲苯等有機物;而室外氣體污染，如現在流行的PM2．5(細顆粒物，指環境空氣中空氣動力學當量直徑小于等于2．5μm的顆粒物)［1］類似的污染物，通過人們的呼吸給人體的健康造成極大危害，嚴重的會導致一些很難治愈的疾病產生。因此，針對空氣污染物治理的研究從來沒有停止過，本文針對移動指揮車艙內的空氣污染問題，設計與實現了一套的空氣凈化系統，該系統基于光催化技術將有效地過濾空氣中的顆粒物，并能起到殺菌和抑制病毒的作用，以保障車內工作環境的質量和人員的健康。

1空氣凈化系統原理

空氣凈化技術是近二十年來發展的綜合性新技術［2］，本文中所研究的空氣凈化系統，是結合了空氣過濾、殺菌、消毒功能為一體，且利用空氣壓縮機，將車艙內氣體循環進行凈化的一套系統，具有高效率、殺菌徹底的效果。尤其是采用了光催化技術，利用紫外線光的殺菌功能，結合光照射強度的催化涂料，使得凈化系統具有快速、高效的特點。整個空氣凈化系統的原理如圖1所示。系統中氣體傳感器，對車內空氣進行空氣質量數據采集，控制系統根據采集結果、污染程度，對風機轉速進行調節，通過車內風道進風口將車內氣體吸入凈化系統，經三層特制濾芯進行徹底凈化、吸附，并通過在納米金屬氧化物催化作用下、進行高效殺菌處理，得到新鮮潔凈的空氣由風道出風口進入車艙。

2空氣凈化系統設計

2．1總體結構設計為移動指揮車設計的空氣凈化系統，主要劃分為:空氣循環模塊、空氣過濾模塊、氣體采集模塊、空氣殺菌模塊、電源模塊等幾個部分，總體結構與流程如圖2所示。

2．2氣體循環模塊空氣凈化系統的氣體循環利用的直流風機，通過風機的壓縮將車艙內氣體引入裝有空氣凈化系統設備的風道中。設計風機的控制電路，如圖3所示，將風機的電源引腳1接到電源模塊上，獲取12V直流電;風機引腳2接地，3腳為高電瓶狀態，4腳接啟動電容，通過光耦MOC3023控制風機運行。當單片機向光耦發送低電平信號后，即可啟動風機。同時，根據車艙內氣體狀態，單片機通過調整“占空比”［3］，調整風機轉速，從而調整系統功率。

2．3氣體采集模塊氣體采集是為了實現凈化系統運行功率控制的依據，通過氣體傳感器TGS800，采集當前車艙內的氣體質量與狀態，如果污染比較嚴重，則通過單片機提高風機轉速，反之，則降低風機轉速。TGS800氣體傳感器，通過內部材料，可以根據接觸到的氣體成分，調整其輸入引腳的電壓值［4］。設計傳感器控制電路如圖4所示，TGS800傳感器引腳分別連接到電源、單片機信號處理引腳等，采集信號的輸出連接到單片機的PB6、PF1引腳，若輸出電壓增加，則表示氣體污染加重，單片機將利用程序將風機轉速調高。

2．4氣體過濾模塊氣象指揮車艙內的氣體過濾，采用的是機械方式，通過風機進入到凈化系統風道的氣體，首先直接接觸的是空氣過濾網。其結構布局如圖5所示，采用了三層高效的過濾網。第一層預過濾網:濾除頭發、寵物毛發等較大顆粒。第二層高效過濾網(HEPA［5］):可以去除0．3μm的細小顆粒，效果可達99．97%，其抗菌涂層，可有效去除細小的灰塵和煙霧。第三層活性碳過濾網:復合活性碳過濾網，將空氣凈化專用優質復合活性碳，均勻種植在具有獨特三維立體結構的網狀吸附體上，能夠有效去除異味、甲醛、笨、氨、細菌等有害氣體和物質。

2．5氣體殺菌模塊氣體殺菌、消毒模塊，利用的是金屬過濾網，在過濾網上涂催化材料(納米金屬氧化物)，在風道內加裝一個小功率紫外線燈管，對金屬過濾網處進行照射。金屬過濾網上涂有納米金屬氧化物，在一定波長的強紫外光下，發生光催化、產生大量的極強氧化物，將已過濾后的空氣進行徹底消毒、殺菌。本模塊，利用了紫外線殺菌的原理，通過紫外線的照射，穿透微生物的細胞膜，破壞各種病菌、細菌、寄生蟲以及其他致病體的DNA結構，毀壞其核酸分子鍵，使細菌當即死亡或不能繁殖后代，從而達到消毒滅菌的作用。紫外光發射燈管是8W的小功率紫光燈，其驅動與控制電路與風機的控制方式類似，只是不再設計燈管的功率調節功能，其結構布局如圖6所示。

3氣象移動指揮車應用

由于全球氣候變化，極端天氣氣候事件頻繁發生，為了處理重大社會活動以及突發公共安全事件，氣象部門加強了氣象應急移動系統的建設，尤其是通過車載氣象應急系統定制，以此來保障氣象監測與服務工作，提高對氣象災害與危害的控制。氣象應急指揮車，主要起到應急移動監測、應急移動通信、應急支撐保障、應急服務指揮的作用。隨著氣象移動指揮車在氣象部門的廣泛應用，為了保障車艙內的空氣質量，保障車內工作人員的健康，以及車內重要設計的精密，指揮車在設計的時候，將一套光催化技術下的空氣凈化系統進行集成，布局如圖7所示。該車利用客車為底盤，在原車的空調風道上增加一段風道，在一側開設進風口，約500mm距離處開設一個出風口，在這段風道之間安裝空氣凈化系統及設備。利用高效的空氣凈化系統，能夠快速地對車艙內氣體進行過濾、殺菌、消毒等作用，保障氣象指揮車內人員的健康、精密監測設備的安全與正常運行。

4結論與討論

本文研究的氣象指揮車的空氣凈化系統，是在當前空氣污染日益嚴重的前提下提出來的，這種結合了科學的機械式過濾網、光催化式的殺菌層的凈化系統，對空氣成分不僅僅起到表面上的過濾作用，且從實質上的徹底消除了空氣中的有害分子，是一種較為先進的氣體治理方式，足夠保障氣象移動指揮車內的空氣質量。滿足我國氣象應急移動車建設的需求，有助于解決氣象災害監測、預測、信息以及應急服務和相應中國的薄弱環節，提升中國氣象防災、減災的應急響應能力，在重大災害性天氣、重大公共安全事件和重大活動中具有廣泛的應用前景。

參考文獻

［1］趙偉榮．室內空氣污染及凈化技術［M］．北京:化學工業出版社，2013:2－11．

［2］張波．新型空氣凈化器的研制與應用［J］．靜電應用技術研究，2010，21(3):79－82．

［3］王曉明．電動機的單片機控制［M］．北京:北京航空航天大學出版社，2007:156－167．

［4］郭振華．半導體氣體傳感器及其陣列的檢測技術研究［D］．合肥:中國科技大學，2007:23－24．

［5］BiManqing．TheIndustrialSignalProducingandMeasuringDeviceBasedonMSP430SeriesSingleChipMicroController［J］．6thInternationalSymposiumonTestandMeasurement，2011，(6):668－671．

作者：楊昆 單位：臨沂市氣象局