太陽能空氣凈化器設(shè)計(jì)研究

朱研博

摘 要：目前，能源在人們生活中占據(jù)重要的位置，大量的消耗能源給人類的生活環(huán)境造成了巨大的破壞，人類資源面臨枯竭的嚴(yán)峻考驗(yàn)。可持續(xù)發(fā)展成為人類發(fā)展的新主題方向。目前世界各國(guó)都在研究開發(fā)新能源以促進(jìn)社會(huì)的和諧發(fā)展，太陽能能源成為當(dāng)前科學(xué)家公認(rèn)的最具發(fā)展前途的能源。隨著人們生活水平的提高，人們開始廣泛關(guān)注空氣質(zhì)量問題。空氣凈化器是一種新的家用生活電器，它能夠有效改善空氣質(zhì)量，在生活中廣泛使用。如今空氣環(huán)境日益惡劣，隨著人們關(guān)注和市場(chǎng)的需求，越來越多的企業(yè)開始投入空氣凈化器的制造。本設(shè)計(jì)以清潔能源為理念，以交互體驗(yàn)方式為方法，運(yùn)用美學(xué)實(shí)際原理，結(jié)合太陽能發(fā)電技術(shù)，使產(chǎn)品造型和結(jié)構(gòu)功能實(shí)現(xiàn)優(yōu)化統(tǒng)一。

關(guān)鍵詞：太陽能；空氣凈化器；設(shè)計(jì)研究

中圖分類號(hào)：TM615 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）15-0047-02

隨著人類經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們?cè)絹碓疥P(guān)注于周圍的生活環(huán)境，可持續(xù)發(fā)展成為當(dāng)今世界發(fā)展的主題，太陽能可再生能源被科學(xué)家認(rèn)為最有前途的能源，是研究太陽能發(fā)電為主 的新型產(chǎn)品。目前由于太陽能轉(zhuǎn)換效率的問題，太陽能在家電的應(yīng)用多集中在充電寶等小電子產(chǎn)品上，相應(yīng)的批量生產(chǎn)銷售的產(chǎn)品較少，隨著太陽能技術(shù)的 成熟發(fā)展， 在多種電器上應(yīng)用前景廣闊。

1 空氣凈化器簡(jiǎn)介

我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)目前制造水平技術(shù)研發(fā)有相對(duì)較好的基礎(chǔ)，在轉(zhuǎn)型發(fā)展上具有廣闊空間。目前光伏發(fā)電價(jià)格在市場(chǎng)上還需要一定的時(shí)間，我國(guó)大部分太陽能產(chǎn)品用于出口，因此產(chǎn)業(yè)發(fā)展并無健康持續(xù)快速發(fā)展。

我國(guó)在材料晶體核心技術(shù)方面仍較為落后，薄膜電池技術(shù)設(shè)備也不夠先進(jìn)，與世界發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù)水平還存在一定差距。光伏產(chǎn)業(yè)目前的發(fā)展重點(diǎn)就是降低成本，只有降低成本才能使光伏產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展，取代傳統(tǒng)能源。太陽能光伏技術(shù)在小產(chǎn)品上應(yīng)用廣泛，例如太陽能充電器，太陽能燈，太陽能手表等。目前由于受到空氣污染原因的影響，國(guó)內(nèi)人們普遍關(guān)注空氣質(zhì)量，現(xiàn)代空氣凈化器起源于美國(guó)，美國(guó)政府的放射性材料研究員開發(fā)了HEPA過濾網(wǎng)。后來由軍事轉(zhuǎn)向民用，霍尼韋爾空氣凈化器被認(rèn)為是最好的空氣凈化方法。

荷蘭的飛利浦是世界上的知名品牌，主要提出健康生活，因此他們的產(chǎn)品更加舒適，AC4072是空氣凈化器的代表，實(shí)用性非常強(qiáng)，使用柔軟的元素增加了親密感，造型采用簡(jiǎn)單的幾何元素，簡(jiǎn)約的設(shè)計(jì)風(fēng)格。

日本空氣凈化器的代表就是夏普和松下，F(xiàn)-VXG70C-N是目前市場(chǎng)上最受歡迎的外觀設(shè)計(jì)產(chǎn)品，除塵效果良好。松下空氣凈化器充分考慮兒童安全的問題，有人性化的兒童安全門鎖設(shè)計(jì)。國(guó)內(nèi)空氣凈化器市場(chǎng)法規(guī)尚不完善，存在很多劣質(zhì)品牌。品質(zhì)較好的亞都KJF2901對(duì)甲醛祛除效果較好，由ABS工程塑料，金屬材料制作。

制作太陽能電池的材料需要有相對(duì)較高的轉(zhuǎn)換效率，材料價(jià)格相對(duì)較便宜，制造材料環(huán)保，可大批量生產(chǎn)。硅是符合上述要求最適合做太陽能的電池材料。

單晶硅技術(shù)較成熟，加工工藝建立在高質(zhì)量的單晶材料基礎(chǔ)上。單晶硅技術(shù)轉(zhuǎn)換效率非常高，本次設(shè)計(jì)以單晶硅為材料，但單晶硅的價(jià)格并不占優(yōu)勢(shì)，薄膜太陽能電池是較為不錯(cuò)的代替材料。晶體硅生產(chǎn)成本較高，它的實(shí)際耗材較多，用這些制作太陽能電池不大合理，人們?cè)谘芯慷嗑Ч璞∧ど涎兄屏撕芏嗥渌姆椒?。多晶硅在太陽能電池市?chǎng)發(fā)展空間巨大，比單晶硅成本低且效率高。非晶體硅薄膜的生產(chǎn)成本較低，非晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率較高，但穩(wěn)定性較差。

2 太陽能空氣凈化器

隨著全球經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重，據(jù)調(diào)查，空氣污染每年造成全球近百萬人喪生，其中大多數(shù)為發(fā)展中國(guó)家。2002年世界衛(wèi)生組織將室內(nèi)空氣污染列為危害人類健康的十大病害之首。

太陽能空氣凈化器采用低碳環(huán)保材質(zhì)，能有效去除室內(nèi)有害氣體，設(shè)計(jì)外觀簡(jiǎn)約大方。產(chǎn)品的色彩搭配外形設(shè)計(jì)融合現(xiàn)代家居綠色環(huán)保理念，外形美觀，材質(zhì)環(huán)保，具有強(qiáng)大的家居便利性。

室內(nèi)空氣污染物來源主要是居室裝飾，生活產(chǎn)生的細(xì)菌等，污染中的甲醛，苯，氨和苳，一氧化碳，氮氧化合物是致癌污染物?；钚蕴康目諝鈨艋髦挥修D(zhuǎn)移的作用，易導(dǎo)致循環(huán)污染，因此這種凈化器產(chǎn)品飽受爭(zhēng)議。目前大多凈化器的效率較低，存在二次污染的隱患，并不能有效解決空氣污染和能耗問題。太陽能凈化器能夠全方位提高空氣清新效果，具有除臭，殺菌，防霉等多種功能。具有空氣自動(dòng)感應(yīng)的功能，使凈化器能夠全體自動(dòng)監(jiān)測(cè)室內(nèi)空氣質(zhì)量，外形體積較小，節(jié)省空間，凈化效率較高，費(fèi)用成本相對(duì)較低。

太陽能空氣凈化器將納米級(jí)Ti02融入改性體系，利用納米光催化技術(shù)，運(yùn)用于太陽能凈化。這種技術(shù)始于20世紀(jì)70年代，由于Ti02具有化學(xué)活性強(qiáng)，光學(xué)性能穩(wěn)定，耐熱性好，價(jià)格相對(duì)低廉，無毒等特點(diǎn)，是目前被認(rèn)為最佳的綠色環(huán)保光催化劑[1]。半導(dǎo)體光催化劑作用的原理是在光電轉(zhuǎn)換中進(jìn)行氧化還原反應(yīng)。另外納米Ti02應(yīng)用于凈化器的環(huán)保優(yōu)勢(shì)明顯，具有較快的降解速度，降解無選擇性，無二次污染，應(yīng)用范圍廣，氧化反應(yīng)條件溫和等多種優(yōu)點(diǎn)。

采用納米光催化分解有害氣體技術(shù)，結(jié)合HEPA除塵技術(shù)，紫外殺菌技術(shù)的空氣凈化技術(shù)的全方位空氣凈化器，具有超強(qiáng)的除塵，脫臭，消毒，殺菌等空氣凈化功能。

應(yīng)用Ti02泡沫鎳金屬濾網(wǎng)等活性炭新材料，采用灌流風(fēng)扇取代傳統(tǒng)的離心風(fēng)扇結(jié)構(gòu)，凈化器性能再次提高。鎳金屬網(wǎng)具有空隙大，通透性好，實(shí)際面積大等特性。鎳金屬網(wǎng)將納米TI02鑲嵌在泡沫金屬網(wǎng)上，將光催化材料的殺菌，除臭等功能和鎳的穩(wěn)定性結(jié)合，有效解決了其它光催化 材料使用中存在的附著基材易老化等缺陷。

活性炭具有高度發(fā)達(dá)的空隙構(gòu)造，是一種多孔性含碳物質(zhì)，在空氣中具有良好的異味吸附性。甲醛吸附改性活性碳應(yīng)用先進(jìn)的活性炭改進(jìn)工藝，除塵效率提高10倍。氨吸附活改性性炭增強(qiáng)了對(duì)氨污染物的吸附性能，TVOC吸附改性活性炭能高效吸附空氣中的TVOC污染物。光催化空氣凈化器相對(duì)節(jié)省空間，實(shí)現(xiàn)了HEPA過濾器和除氨特效過濾器的同時(shí)使用。

太陽能空氣凈化器融合了PIP自然觸媒凈化技術(shù)，臭氧凈化技術(shù)和正離子發(fā)生中和的技術(shù)，全方位提高空氣清新效果，有效的改善了空氣質(zhì)量。令人神情氣爽。此產(chǎn)品的空氣自動(dòng)感應(yīng)裝置，使空氣凈化器全天候智能凈化室內(nèi)空氣。

PIP自然觸媒凈化技術(shù)突破了傳統(tǒng)光觸媒的弊端，比普通光觸媒強(qiáng)10倍的反應(yīng)能力。光脫臭再生技術(shù)利用獨(dú)創(chuàng)超強(qiáng)雙波段紫外線燈，再生使用無須過濾耗材。等離子凈化技術(shù)利用等離子體超強(qiáng)的還原能力阻止細(xì)胞代謝，能迅速殺滅幾乎所有空氣中的病菌，這一過程的產(chǎn)物也是無害的。靜電空氣凈化殺菌除塵利用極不均勻電場(chǎng)集塵除塵。達(dá)到凈化消毒功效。純凈臭氧O3除菌，其形成的原理和臭氧是一樣的，所產(chǎn)生之臭氧，隨產(chǎn)隨用；太陽能空氣凈化器顯示屏的外圈設(shè)置有多個(gè)進(jìn)氣孔，靠近顯示屏外沿的為內(nèi)顯示燈，連接桿的另一端連接有出氣孔，吸盤位于太陽能空氣凈化器的背面，顯示屏和吸盤之間設(shè)置有過濾層；采用可控電源智能化等離子體空氣凈化技術(shù)，融合了PIP自然觸媒凈化技術(shù)，臭氧凈化技術(shù)，徹底祛除室內(nèi)異味；凈化器上的顯示燈可在夜晚發(fā)光，方便夜用。遙控器用三種顏色紅、黃、藍(lán)來顯示室內(nèi)的空氣質(zhì)量?？諝鈾z測(cè)器可自動(dòng)檢測(cè)空氣質(zhì)量。利用太陽能進(jìn)行室內(nèi)空氣凈化，可自動(dòng)檢測(cè)空氣質(zhì)量，且凈化效率高。

3 產(chǎn)品設(shè)計(jì)

這款空氣凈化器使用的是被動(dòng)吸附過濾式的凈化原理，可以過濾大顆粒細(xì)菌污染物；其HEPA過濾網(wǎng)可以高效過濾空氣；還有能夠有效吸附有害物質(zhì)的活性炭網(wǎng)。機(jī)器的面板方便拆卸，方便過濾網(wǎng)的清洗和更換。選擇ABS樹脂材料作為這款機(jī)器主要的材料。其特點(diǎn)溫度適應(yīng)性強(qiáng)，成型工藝簡(jiǎn)單，成型特性良好，非常易于電鍍和染色，且成本低廉。

這款空氣凈化器的顏色主要為白色，給人以光明、整潔、衛(wèi)生之感。具有普遍的接受度和流行性。它沉重安穩(wěn)正好至于機(jī)身的底部，更好的表現(xiàn)了機(jī)器的功能。綠色，將黑白的單調(diào)添加了一絲活力。本產(chǎn)品設(shè)計(jì)外殼材料使用ABS工程系統(tǒng)，這種材料成本較低，太陽能板設(shè)計(jì)為吸附窗戶玻璃的方式，是一款分體式的空氣凈化器。據(jù)統(tǒng)計(jì)城市居民80%以上的時(shí)間都是在室內(nèi)活動(dòng)，近年來我國(guó)每年因室內(nèi)空氣污染致死的人數(shù)達(dá)11.1萬，由此導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失達(dá)800多億每年，改善人們生活環(huán)境條件已迫在眉睫，刻不容緩[2]。

空氣凈化器能夠吸附分解各種空氣污染物，有效提高空氣清潔度。目前室內(nèi)空氣凈化器分為家用和商用兩種?？諝鈨艋髟O(shè)計(jì)不斷更新改進(jìn)，目前市場(chǎng)上的空氣凈化器主要有過濾段、機(jī)箱、電機(jī)、電源、顯示屏等。電機(jī)是凈化器的心臟，過濾段決定了凈化的效能。

目前我國(guó)家用空氣凈化器還處于起步階段，大多消費(fèi)者對(duì)此物認(rèn)識(shí)還并不全面，這也在一定程度上制約了空氣凈化器在我國(guó)市場(chǎng)上的推行。不同的消費(fèi)層次對(duì)空氣凈化器的要求也不一致。高端消費(fèi)者更關(guān)注于產(chǎn)品的效果，壽命等問題，普通消費(fèi)者較關(guān)注于價(jià)格等問題。

松下產(chǎn)品是是目前市場(chǎng)上比較受消費(fèi)者追捧的一款品牌，其優(yōu)點(diǎn)是生物除菌，具有凈煙模式靜音模式多種選擇性，人性化的設(shè)計(jì)理念。亞都產(chǎn)品的有優(yōu)點(diǎn)是造型美觀，形體飽滿，功能齊全，富有人性化的清香味型設(shè)計(jì)。飛利浦產(chǎn)品的設(shè)計(jì)風(fēng)格趨于簡(jiǎn)約，使用方便，擁有注重高效能的空氣凈化系統(tǒng)。美的產(chǎn)品外觀時(shí)尚，操作方便，塔型設(shè)計(jì)占面較小。

空氣凈化器產(chǎn)品的設(shè)計(jì)考慮對(duì)象包括孕婦、兒童、老人、辦公室人員、司機(jī)等。產(chǎn)品使用環(huán)境一般在新裝修居所，有老人、兒童、孕婦的居所等。產(chǎn)品設(shè)計(jì)創(chuàng)新點(diǎn)有仿生型、多功能型、高科技型、智能型、節(jié)能型等。

本次產(chǎn)品設(shè)計(jì)中心思想是立式的小型空氣凈化器，外觀設(shè)計(jì)偏時(shí)尚，借鑒跑車的設(shè)計(jì)元素，設(shè)計(jì)成橢圓球形形式，給人清新的綠色外觀。

4 結(jié)語

隨著人們生水平的提升，人們對(duì)空氣質(zhì)量環(huán)境的要求越來越高，隨著科技發(fā)展進(jìn)步，商業(yè)化的帶來嚴(yán)重的環(huán)境惡化?？諝鈨艋鞒蔀橐环N有效的防治手段，本次設(shè)計(jì)的太陽能空氣凈化器采用節(jié)能環(huán)保的設(shè)計(jì)理念，綜合考慮的人性化的設(shè)計(jì)，成本費(fèi)用相對(duì)低廉，使得產(chǎn)品得以創(chuàng)新，具有廣闊的市場(chǎng)空間。

參考文獻(xiàn)

[1]李慶才，翟龍濤，許龍賀，等.新型太陽能智能PM2.5空氣凈化器的設(shè)計(jì)與研究[J].山西電子技術(shù)，2017，（1）：75-77.

[2]我國(guó)“十五”期間工業(yè)節(jié)水節(jié)油總體目標(biāo)確定[J].陶瓷，2001，（3）：49-51.