室内自动换气系统的设计

1、目 录1 引言11.1 发展背景11.2国内现状21.3面临的问题22.设计的工作思路33.设计系统的过程33.1控制系统的改进33.1.1 设计的控制电路33.1.2 控制电路工作原理43.2热交换系统的改进5设计的热交换器图5设计优点53.3 动力系统的选择53.4 过滤系统的选择63.4.1 概述63.4.2 我国滤料及过滤器的发展应用6目前滤料的发展趋势7国外滤料及过滤器发展状况8空气过滤理论的研究与发展8结语9超细玻璃纤维虑纸样图104 自动换气系统的安装104.1 安装与调试的基本要求104.2 检查电器元件和安装的准备工作105总结125.1根据自动换气系统设计得到以下工作框图1

2、25.2根据自动换气系统设计得到以下工作理论图125.4根据自动换气系统设计得到以下工作设想图136.参考文献141 引言1.1 发展背景 其实早在20世纪初人们就开始了对室内空气品质的研究。当时，人们已经开始采用通风的方法来改善室内空气环 境。70年代的全球能源危机，使得制冷空调系统减少入室新风量以达到节能的目的，从而引发了“病态建筑综合症”。同时，由于室内空气品质下降而造成工作效率下降和员工缺勤增加，造成产品损耗、员工病假和直接医疗费用等大量的经济损失。人们开始认识到高品质的空气是室内人员健康的保障。对室内空气品质的关心和警觉日益加强。改善室内空气品质的最明显的方式是避免不必要的室内空气污

3、染源。但是利用室外新风稀释与排除室内有害气体或气味，仍是保证室内空气品质的基本措施。近年来颇具实用价值空调通风方式就是“置换通风”，它在空气污浊、密闭缺氧的环境中应用能够直接有效的改善并保证其应该具备的空气品质。“置换通风”系统的核心是新风换气技术装备新风换气机。它是一种将室外新鲜气体经过过滤、净化、热交换处理后送进室内，同时又将室内受污染的有害气体经过过滤、净化，交换处理后排出室外，而室内温度基本不受新风影响的一种高效节能、环保型高科技产品。新风换气机为人们创造了一种卫生、健康、舒适的室内空气环境，同时，改善的室内空气品质对办公室工作人员的生产效率有一定重要的和正面的影响，因此这是改善室内空

4、气品质的强烈的经济动机。1.2国内现状根据目前初步统计，目前国内生产、销售换气机的单位至少约70余家，但具备一定实力的生产厂家只有约二十余家，有的具备实力潜力，但刚刚起步。因换气机市场仍处于发展阶段，刚刚被人们所认识，故目前供需状况为供大于求，但供求矛盾不够稳定。因目前供大于求，故市场竞争越来越激烈，甚至恶性竞争。 由于换气机市场现仍处于市场发育期，不少相关用户由于资金等问题仍采用单向排风、有组织或无组织送风的方式，或干脆采用自然通风，这在某些条件下是合适的，但如果被处理的房间远离户外大气或无法有效进行室内外空气交换，就应采用换气机，因其不仅可解决以上远距离通风问题，而且可有效组织气流、回收热

5、能，达到节能换气的目的。1.3面临的问题热交换系统：换气时易将室内的热量带走。动力系统：动力系统存在消耗功率大，噪声大问题，寿命不长等。 过滤系统: 室外空气中的尘埃等杂质易进入室内，热交换部件被污物附着而影响设备性能。 自动控制系统（重点）：控制电路易老化且过时，切形式单一。2.设计的工作思路本设计采用AF30L（或AF38L）气敏传感器作为探测头，用于检测室内空气污染是否超过健康指标。它是一种低功耗、高灵敏度的气敏半导体元件，适用于检测烟雾、臭味等污染气体。当传感器接触到超过健康指标的污染空气时，发生氧化还原化学反应，使其自身的导电率改变，电阻阻值迅速下降，通过比较器将信号传递给继电器控制

6、电路和发声集成片，使继电器接通，排风扇起动通风换气；同时发声集成片发出报警信号，提醒学生室内空气不良，需要开窗通风换气。3.设计系统的过程3.1控制系统的改进3.1.1 设计的控制电路计算公式: 时间= R*C*ln(E-V)/E)R*C 其中: “”是负号； 电阻R和电容C是串联，R的单位为欧姆，C的单位为F； E为串联电阻和电容之间的电压，V为电容间要达到的电压。ln是自然对数，单位是毫秒。R=1k C=100F 延时时间R*C =1k*100f=100（s）；计算后时间大约为100（s）AF30L传感器工作电阻为（几百欧 几千欧） 调节器RP2随着调节电阻的增大，对室内的反映越灵敏，看使

7、用者的情况而定RP1备用调节器3.1.2 控制电路工作原理设计电路如图二所示。气敏电阻工作时要先进行予热，从而加速被测气体的化学吸附和电离的过程并烧去气敏电阻表面的污物（起或交流加清洁作用）。本设计采用直流热丝，其电压值为 5 V 土 0.2 V，消耗功率为 300 mW，工作温度为1055。图中7805 为直流稳压器，为AF30L提供+5V稳定电压，它的发热会影响AF30L的特性，因此，AF30L要远离 7805 的安装。A2、R5 与C2等元件组成延时电路，防止开机瞬间由于传感器阻值不稳定而发生的误动作，因为开机瞬间，电容C2 的电压为0，A2 输出低电平，Vl 截止，即使传感器误动作使V

8、2 导通，继电器K和发声集成片KD9561因无电流通过也不会动作；当经过一定延时(由 R5 与C2 的数值确定)，C2充足电，V2 输出高电平，Vl 处于导通状态。A1 为比较器，RP1 调节设定电压值。当被检测气体洁净时，AF30L的AB极间电阻大， A1 的同相输入端电压低于反相输入端(设定值，即为影响健康标准的空气的临界电压值) 电压，A1 输出低电平，V1 截止，继电器K和发声集成片KD9561 因无电流通过不动作，排气扇因开关J1 断开不运转。当被测气体浓度超过设定值时，AB极间电阻迅速减小，A1 的同相输入端电位高于反相输入端，A1输出高电平，V1 导通，继电器K因有电流通过而吸合

9、开关J1，接通排气扇转动，达到自动换气的目的。同时，发声集成片KD9561 因为有电流通过而发出报警声响。当室内空气经过换气达到健康指标时，因为污染空气浓度下降，至使AB极间电阻恢复高阻态，A1 输出低电平，V1 截止，发声集成片KD9561报警解除。继电器 K 的开关 J1 断开，排气扇停转。J1 是换气扇电路手动开关，可手动操作调节室内空气。3.2热交换系统的改进3.2.1设计的热交换器图 当空气进入房间时先进入该设备，使排风和新风进行全热交换，借助排风的能量预处理新风，在夏季可以使新风分别获得降温减湿和增温加湿的处理，从而进行能量回收，即保证了室内空气的清新流通，又使能量得到了有效回收。

10、3.2.2设计优点 节能：直流式和相对流式，静止平板热交换器冷热气体相互交错，气体对流热交换回收率达到70%以上，大大减少冷热源供应节约能源减少设备投资。 节约能源空间：是室外新风与室内污浊空气充分交换后新鲜空气进入室内。以节约无期运行成本。满足节能要求。3.3 动力系统的选择 对离心风机设计的要求大都是：满足所需流量和压力的工况点应在最高效率点附近；最高效率值要尽量大一些，效率曲线平坦；压力曲线的稳定工作区间要宽；风机结构简单，工艺性好；材料及附件选择方便；有足够的强度、刚度，工作安全可靠；运转稳定，噪声低；调节性能好，工作适应性强；风机尺寸尽可能小，重量轻；操作和维护方便，拆装运输简单易行

11、。随着风机的用途不同，要求也不一样，如室内所用的风机一般用来作通风换气用，一般最重要的要求就是低噪声，具有这一特点；多翼式离心风机3.4 过滤系统的选择3.4.1 概述     空气过滤即气滤，是指将空气中的污染粒子接近完全地去除。它比空气净化又进一步，空气净化适用于许多工业过程中对污染空气的处理要求不太严格的场合1。空气过滤技术是近百年来随着科学技术和现代化工业的发展而逐步形成的一门综合技术，它是指应用空气净化设备控制粉尘微粒的污染或通过空气循环过滤将空气的悬浮颗粒物捕集，以保护环境及人类的身体健康，它在空调、通风除尘及其它领域得到了广泛应用。

12、0;    近年来，空气过滤技术在滤料的研制及开发、过滤机理的研究及过滤设备的开发与应用方面取得了较大的发展。本文主要介绍了近几年来国内外空气过滤技术的发展状况及取得的成果，提出了空气过滤技术的研究及发展有待解决的问题。3.4.2 我国滤料及过滤器的发展应用滤料是可将分散于弥散的流体中的固体颗料分离出来的多孔材料，弥散的流体可以是气体或液体。滤料的 种类有纤维滤料、微孔滤膜及覆膜滤料。滤料决定着过滤过程的效果和效益，它的发展决定着空气过滤技术的发展。它广泛地应用于室内、外空气质量品质的控制。此外，在空调的新风过滤、循环空气的处理及利用方面以及环境保护、机械、电力、

13、煤炭、陶瓷、化工、医药、轻工、化肥、农药、粮食加工、港口运输、交通筑路等各行各业都需广泛使用过滤技术和合纤滤料。 我国滤料生产发展迅速。20世纪50年代初，我国还没有滤料生产厂，市场上也没有专用的滤料产品；60年代逐步将化纤纺织品作为过滤介质，应用到工业各个领域中，满足不同行业的需要，作各种不同用途的过滤材料制成的化纤过滤布具有耐酸、耐碱、高强力、纤维光洁等特性；70年代未，国产滤料208涤纶绒布的诞生为过滤技术推广应用提供了第一1批滤料；80年代又仿照日本产品开发了729聚酯机织滤料，并专为过滤除尘的需要研制出针刺毡滤料，提高了袋式除尘器的滤尘效率；90年代中期，我国科技人员开发成功覆膜滤料

14、，即采用特殊工艺，将聚四氟乙烯微孔薄膜复合在机织布、非织造布滤料或玻璃纤维滤料上，该滤料过滤时形成一次粉尘层，实现了表面过滤，为高效低阻和节能提供了优质过滤材料2，3。目前滤料的发展趋势（1）由二维结构的机织过滤布向三维结构的非织造过滤布发展，由短纤纤化机织过滤布向长丝过滤布发展，由复丝加捻过滤布向单丝过滤布发展；（2）由常规化纤过滤布向高性能、多功能、高质量的过滤布发展，由合纤滤料向覆膜滤料发展4。 目前，我国多数合纤滤料生产企业后整理和复合设备还不够完善，产品的品种和性能开发受到一定限制，一些特殊用途的滤料不得不依靠进口。今后应对现有滤料进行后整理，并应用复合工艺技术，研制开发新型滤料，提

15、高国产滤料的性能，形成针对性和适用性强的产品。 空气过滤技术是通过将滤料制成不同形式的过滤器实现空气过滤。为增加过滤器有效面积、优化过滤性能，空气过滤器的结构形式已由原单一的单板形发展到褶状板形或筒形、长圆柱形、堆叠圆盘形及矩阵形5。国产高效过滤器最早诞生于1964年。20世纪80年代初，国外过滤器开始进入我国，它促进了国产过滤器的发展。近年来，国内已开始研究国产驻极体静电空气过滤器6。所谓驻极体是指能长期储存电荷的电解质材料，即采用一些方法使纤维长期具有电荷，利用静电捕集机理提高过滤器捕集效率。目前，国产过滤器的生产存在生产标准和检测标准不统一、效率测试方法不严格、产品规格花样繁多及尺寸不统

16、一等问题；同时，在微电子及精密机械行业，高效过滤器的净化效果已无法满足要求7，国产亚高效、超高效过滤器有待开发。这些问题需采用规范管理及增加研究投入的办法来进一步地加以完善解决。目前空气过滤器常应用于住宅、办公、商业及工业建筑的洁净室、HVAC系统、激光外科手术室、空调器等场合。国外滤料及过滤器发展状况 国外过滤材料开发的新动向为：向非织造布过滤材料、复合膜技术的过滤材料发展，向采用高技术、高性能的玻璃纤维、聚四氟乙烯、芳香族聚酰胺纤维、碳纤维、金属纤维等材料开发多功能的过滤材料发展 4。 国外对过滤材料的研究生产应用，已形成一个较完整的系统。每个滤布材料性能，如通气性能、强度、截留

17、粒子能力等，都有一套完整的测试和试验手段。采用新材料开发的滤布不断增加。为了减少清灰阻力，国外已从织布类滤料开始向纤维栅类滤料过渡。纤维栅类滤料是将长纤维上下纵向布置形成一根根的栅栏，当一层栅栏过滤效果不理想时，再加另一层栅栏，直至达到理想的过滤效果。为了减少粉尘泄漏、提高过滤性能、降低成本、延长使用寿命，将细直径的玻璃纤维与耐高温的合成纤维优势互补，制成复合针刺毡滤料。 近年来，随着高科技的介入、纺织新材料的发展，国外过滤技术已向医疗、新材料提取等高新技术领域发展。 在空气过滤器发展方面，近年来，驻极体静电空气过滤器为国外应用较多的高性能空气过滤器。一些发达国家如美、日等国，前几年已开发生产

18、出采用64MD级别以上半导体元件、空气过滤效率达99.999999%(0.120.17m)以上的超高效空气过滤器。国内企业在这方面与国外有很大差距。空气过滤理论的研究与发展 空气过滤技术的发展离不开空气过滤理论的研究与发展。过滤理论特别是空气过滤理论的研究早在19世纪已经开始，而空气过滤器的研制与发展只有20多年的历史，过滤理论由早期的经典过滤理论发展到现代过滤理论及微孔过滤理论。     对微细颗粒运动规律的最早认识是在19世纪初期，当时植物学家Brown观察了微细颗粒悬浮在液体中的运动（即布朗运动）；1922年，Freundlich发展了对气溶胶过滤

19、规律的认识，提出在0.10.2m半径范围内气溶胶颗粒存在最大渗透率；1931年，Albrecht率先对气流通过单一圆柱纤维运动进行了研究，建立了Albrecht理论，随后Sell对其进行了必要的改进8。 1936年，Kaufmann首先把布朗运动和惯性沉淀的概念一同应用到纤维过滤理论中，推导出过滤作用的数学公式；1942年，Langmuir9继续对过滤理论进行研究，认为过滤是截留和扩散的集合及惯性粒子在过滤纤维上的沉淀是可以忽略的。 1952年，Davies10把扩散、截留和惯性3种机制结合起来并用公式表示出来，从而建立了新的过滤理论孤立纤维理论；1958年Friedlander11及1967

20、年Yoshioka12发展了独立纤维理论，他们对较大雷诺数情况下颗粒的惯性、扩散沉积及重力效应和过滤器阻塞现象进行了研究和总结；1967年，Pickaar和Clarenburg试图提出一个纤维过滤器微孔结构的数学理论；1987年Pich及1993年Brown在其专著中描述了过滤理论的最新发展。 早期的经典过滤理论主要以单一纤维模型为基础，认为过滤效率由3种机制决定：惯性效应、截留效应、扩散效应。整个颗粒的捕集依靠多种捕集机理的联合作用。 现代过滤理论证明了惯性沉淀的正确性和最大穿透力粒子的存在，认为过滤效率是截留效应、布朗扩散效应、重力效应、沉淀效应与压力效应的集合；过滤过程中可能存在的机理有

21、拦截、惯性碰撞、扩散、静电效应、库仑吸引一排斥、映像力、电泳力及沉淀（重力）。现代过滤理论中具有代表性的是Davies的过滤理论与Kuwarbara的流场分布。 1992年，Payet、Gougeon和Attoui14考虑了气体在单一纤维上的滑动，对经典理论引入修正系数，使得理论与实验数据更好地吻合。1995年，Rosnert12提出分散在单一纤维体表面的颗粒以不规则的分布和常常形成树枝状结构为特征，建立了最进改善的理论和颗粒在单一纤维体上的空间分布。利用此理论和计算程序可预测颗粒的沉积。 2001年，Thomas等14对过滤器在产生阻塞的情况下进行了空气过滤的理论与实验研究，提出了过滤器在滤

22、饼存在的情况下，过滤效率及压力损失的计算模型。近几年来，国外许多学者对空气过滤器在积尘情况下的效率性能及滤饼的形成和机理进行了理论实验及模拟研究，取得了一定的成果 1517。结语 过滤理论的研究目前尚不完善，国内有关过滤机理的研究文献很少。不同结构过滤器的捕集效率和压力损失的理论计算，空气及多分散颗粒分布参数对捕集效率及压力损失的影响，过滤器的负荷特性对捕集效率及压力损失的影响及滤料的结构特性对捕集效率及压力损失的影响等问题，都有待研究解决。因此，过滤理论的进一步研究对空气过滤技术的发展具有重大意义和实用价值。我选择的是最新的高效空气过滤器，他采用超细玻璃纤维纸作滤料，胶板纸、铝膜等

23、材料作分隔板，与铝合金、镀锌铁框等胶合而成。具有过滤效率高，阻力低，容尘量大等特点。广泛应用于各种局部净化设备和洁净厂房，亦用于各种垂直（水平）流超净工作台、层流或紊流工业和生物医药洁净室等。主要性能参数：（1）风量：500-3000m3 /h （2）初阴力：200Pa （3）滤尘效率：99.99（钠焰法）超细玻璃纤维虑纸样图4 自动换气系统的安装4.1 安装与调试的基本要求(1) 所设计的电气线路必须满足要求。(2) 电气控制线路的动作应准确，动作顺序和安装位置要合理。对电气控制线路既要求其电器元件的动作准确，又要求当个别电器元件或导线损坏时，不应破坏整个电气线路的工作顺序。安装时

24、，安装位置既要紧凑又要留有余地。(3) 为防止电气控制线路发生故障时对设备和人身造成伤害，电气控制线路各环节之间应具有必要的联锁和各种保护措施。(4) 电气控制线路要简单经济。在保证电气控制线路工作安全、可靠的前提下，应尽量使控制线路简单，选用的电器元件要合理，容量要适当，尽可能减少电气元件的数量和型号，采用标准的电器元件；导线的截面积选择要合理，截面不宜过大等；布置要经济合理。(5) 维护和检修方便。4.2 检查电器元件和安装的准备工作检查电器元件，在安装前，对使用的所有电气设备和电器元件逐个检查，这一环节是保证安装质量的前提，检查包含以下几个方面：(1) 根据电器元件连线图，检查各电器元件

25、和电气设备是否短缺，规格是否符合设计要求。若不符合要求，应更换或调整。(2) 检查各电器元件的外观是否损坏，各接线端子及紧固件有无缺短、生锈。尤其是电器元件中的触点的质量。(3) 检查有延时作用的电器元件的功能能否保证。(4) 用兆欧表检查电器元件及电气设备的绝缘电阻是否符合要求，用万用表或电桥检查一些电器或电气设备（接触器、继电器、电动机）线圈的通短情况以及各操作机构和复位机构是否灵活。(5) 导线的选择根据电动机的额定功率、控制电路的电流容量、控制电路的子回路数量及配线来选择导线。包含导线的类型、导线的绝缘、导线的截面积和导线的颜色。按产品说明书和电气接线图进行电器元件的安装，做到安全可靠

26、，排列整齐。电器元件可按下列步骤进行安装： (6) 电路模拟板的底板选材: 58mm的层压板。 (7) 按安装规定排定电器元件的数量和大小、位置和安装接线图确定版面的尺寸。 (8) 按照顺序电路模拟板电器元件布线图，在底板上确定元件的安装位置。 (9) 导线的颜色表示：动力电路的中性线和中间线采用蓝色；交流控制电路采用红色；直流控制线采用蓝色。 (10) 导线的线号标志：。导线的线号标志必须与电器原理图和电气安装接线图相符合，且在每一根连接导线的接近端子处需套有标明该导线线号的套管。而且导线的线号不能重复。 (11) 控制电路模拟板的配线：线槽配线时，线槽装线不要超过线槽容积的70%，以便安装

27、和维修。 (12) 防护装置：由于控制箱一般处于条件恶劣的工业环境中，为防止灰尘和液体以及其他杂物的进入，需加装防护装置。以提高使用的寿命和安全性。5总结经过对这个系统的创新和改进之后，基本上做到了控制智能化，运行无声，热回收率高，空气过滤度高、自动换气机基本上做到了使室内空气“吐故纳新”的目的，是室内的呼吸系统，从而使人们在清新的室内空气环境中工作、学习、休息及娱乐。5.1根据自动换气系统设计得到以下工作框图5.2根据自动换气系统设计得到以下工作理论图5.3根据自动换气系统设计得到以下工作模拟图5.4根据自动换气系统设计得到以下工作设想图6.参考文献【1】 刘玉峰，徐永清.房间气流组织对污染物空间分布的影响J. 山东科技大学学报, 2004,【2】 吴慎山.电子线路设计与实践M.电子工业出版社，2005.5【3】 朱红，李颖，唐续，王华玉.电子技术综合实验M.电子科技大学出版社，2005.7【4】 谢自美.电子线路设计M.华中科技大学出版社，2000.5【5】 李保宏.电工常用电路M.人民邮电出版社，2005【6】 王兰军，郭少勇.新编电子实