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六月/14

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自制低成本空氣清新機

http://www.guokr.com/article/432747/ 葉子疏 發表於 2013-01-16 15:27

DIYer: 葉子疏
制作時間:1小時

本項目僅根據原理制作,實際效果未經實測,僅供參考

最近,我國東部大面積地區空氣質量連日爆表,雲遮霧罩,幾百米之外不見人影。唯一的好消息,大約是一些天文愛好者省去了巴德膜的麻煩,直接用肉眼和相機觀測到了太陽黑子,效果居然還不錯。

北 京市冬春季節灰霾污染以由化石燃料燃燒、機動車尾氣等排放到大氣中的 SO2 、NOx 、NH3 等污染二次轉化為特征 [1] 。通俗的說,就是燃煤取暖和大車小車的滾滾煙塵,加上無風天氣造就了如今的局面。面對三番五次來襲的灰霾和鋪天蓋地的粉塵,除了設法減少污染減輕環境負擔 之外,做好個人防護也是很有必要的。

雙向電梯

1 空氣淨化原理
2 淨化器設計
3 制作過程
4 改進空間
5 DIYer簽到處

1 空氣淨化原理

常見空氣清新機工作原理,圖片來自網絡

空氣中的污染物包括污染氣體和懸浮物,包括細菌、病毒、灰塵、花粉、霉菌孢子,還有臭氣、有毒化學品和有毒氣體。常用的空氣清新機有多種淨化原理,針對各種污染物的效果各有不同。對於PM2.5問題,最為關注的是細顆粒物,因此在選擇時也會針對這點考慮。

目前空氣清新機中最熱門的方式是用HEPA濾網(高效微粒空氣過濾器)進行物理過濾,標准的HEPA過濾器由化學纖維或玻璃纖維制成,通過細微纖維的絮狀結構攔截經過濾網的空氣中所含有的微小塵埃。常用的規格能夠吸納99.7%大小為0.3微米的懸浮微粒,對化學煙霧、細菌、塵埃微粒及花粉都有良好的過濾效果,但是無法濾除有害氣體。

HEPA 濾網之外,還有孔徑大的過濾網可以選用。它們不能濾除細微顆粒,但是能很好的去除大顆粒的植物纖維,種子,灰塵,霉菌,動物毛發,一方面去除多數過敏原, 另外能有效保護後級的高效過濾器。有些市面出售的濾網可以直接裝在空調的進氣口或是風扇背後提供一定的淨化作用,性價比很高。

物理過濾之外較為流行的還有靜電集塵方式,相對於HEPA效率略差,並且設計不當時容易產生粉塵二次污染和副產物臭氧。但是處理規模越大時靜電集塵不需更換濾網的成本優勢就越明顯,因此多用於工業排放廢氣的除塵,不太適合DIY。

其 他的淨化方式裡,物理吸附方式代表是活性炭和CPZ濾網。對於除臭及吸收有害氣體都有相當的效果。臭氧,負離子和紫外線能殺菌,分解有害氣體,但均對顆粒 物無效。這裡特別需要指出的是,空氣清新劑,精油,熏香等物能夠遮蓋空氣中的氣味增加香氛,但並不能實際去除污染物,只有心理安慰的作用。

2 淨化器設計

感謝達人弓志強在去年的萬有青年燴分享自己DIY空氣清新機的經歷。

基於以上的原理,針對細顆粒物最為方便DIY的方案應該是采取HEPA濾網+預過濾網+風扇的方案,既有相當好的淨化效果,又沒有高電壓部件而便於DIY,安全性也更佳。如果要兼顧去除異味,可以增加一道活性炭濾網。

該設計包括以下幾個部分:

風扇
理論上說由於濾網的存在風速降低,渦輪風扇的效率更高,但是DIY的話軸流風扇更為常見,一般10cm左右的機箱風扇可以做一個袖珍的桌面式淨化器,大型淨化器可以考慮多個風扇並聯或是更大尺寸的。從風扇的出風效率出發,濾網應該放置在風扇的進風口。

HEPA濾網
濾網越大(當然風扇也要跟上),淨化的效果越好。淘寶上的散裝2.5cm厚HEPA濾網單價15元/平方分米,可以按需要指定尺寸和形狀零買。濾網是淨化器的消耗品,攔下的顆粒物全部堆積在裡面,變黑了就必須更換了。

預過濾網
略厚的纖維氈,單價2元/平方分米。使用時預過濾網應放在HEPA濾網上風端。

活性炭過濾網(可選)
備好了以上部件,只要准備氣密性好的外殼將它們組裝起來就行。

組裝順序:進風口-預過濾網-(活性炭濾網)-HEPA濾網-風扇-出風口。 如果風扇不夠
3 制作過程

買到的三種濾網和風扇:

AVC機箱風扇(左上)12V/0.41A
粗濾棉(右下) G4 效率 對粒徑≧5.0μm,過濾效率90>E≧70%
粗濾網(左下) F8 效率 對粒徑≧0.5μm,過濾效率90>E≧75%
HEPA濾網(右上) H11 效率 對粒徑≧0.5μm,過濾效率99.9>E≧99%

在鋁板上裁出一塊“口”形鋁片,粘在風扇進風口,增加粘結面積;

把三種濾網裁剪成大小合適的方形,邊緣部分粘上細雙面膠,按照 粗濾棉-粗濾網-HEPA濾網的順序粘緊; 如果風扇不夠給力,為了減小風阻可以去掉中間的粗濾網。

用3M膠帶把側面包裹粘緊,封死縫隙。

把風扇上的鋁片粘在濾網組合的HEPA一側。

然後就可以通電測試,這個機箱風扇的接線是黃(+12V),黑(GND),藍(調速,不接時全速),黃(轉速傳感)。

接黃黑兩線就可以工作,覺得噪音過大,或者想讓它更加智能一點的話,可以在藍線上外加電壓改變轉速。

Up主是個不抽煙的好青年,所以測試的時候為了找個能發煙顯示氣流的東西費了一點勁。 風力效果見下圖,更進一步的測試就需要粉塵傳感器了。

4 改進空間

這次制作的淨化器為了圖快省略了很多方面,於是明顯有很多缺陷有待改進。

1.濾網面積

制作的淨化器相對於家用大家伙而言可稱袖珍,濾網面積不夠的情況下淨化能力會大大下降。這貨的濾網大小大約110 x 110mm,用在車裡淨化幾立方米的空氣剛好。

用在房間裡的話,如果不是為了局部淨化,建議使用至少0.1平方米的濾網面積。

2.風扇功率

更大的風扇可以增加出風量和換氣速度。一個方向是多個小風扇並聯,另一個方向是改用更暴力的大號渦輪風扇,比如上圖這種(它的原先用途是鼓風機)。

項目更新:

買一個大功率渦輪風扇,這個是NMB日產12V2A的。

和之前的AVC不一樣,這次的風扇進風口較小,而且是圓的,所以用3D打印機打印了一個一頭圓一頭方的轉接管。

把濾網,轉接管和渦輪風扇粘到一起,接口塗玻璃膠密封。

玻璃膠干後實測,供電電壓和電流見圖。

3.外殼和風路改進

增大淨化器體積的時候需要考慮外殼支撐和風路問題,用塑料整理箱或者金屬月餅盒固定濾網,再在外殼上打洞通氣是個較好的方案。

4.智能控制

增加粉塵傳感器和控制電路,使淨化器能夠按空氣質量自行調速,而不用人工按天色開關。

5 DIYer簽到處

趕快做給你愛的人吧!【咦,好像哪裡怪怪的….

本項目僅根據原理制作,實際效果未經實測,僅供參考

擴展閱讀:關於PM2.5的10個問答
[1] 北京典型污染過程PM_(2.5)的特性和來源 王志娟; 韓力慧; 陳旭鋒; 程水源; 李悅; 田川; 謝慧 安全與環境學報 2012

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