空調制熱模式下智能加濕功能模塊

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　　研究背景
　　冬天寒冷，我們南方大部分地區都是開空調取暖，但空調制熱的同時，也使得室內空氣異常干燥。當空氣濕度低于40%的時候，鼻部和肺部呼吸道黏膜脫水、彈性降低，灰塵、細菌等容易附著在黏膜上，引發咳嗽，同時容易誘發支氣管炎、哮喘等呼吸道疾病，人在干燥的環境中也易感染流感病毒。而現在市面上的空調只有除濕功能，很多人還要買加濕器對房間加濕。于是我就想能不能給空調增加智能加濕功能，讓空調吹出溫暖的熱風，同時還可以增加房間濕度，讓房間里的人更加舒適。
　　研究目標
　　◇給空調增加智能加濕裝置，在空氣干燥時自動加濕。
　　◇給空調加裝高效PM2.5濾網，改善空氣質量，提高人體的舒適度。
　　方案設計
　　設計思路
　　利用濕度傳感器檢測濕度值V，當其低于設定值M（標準50%，或者自己設定），開啟智能加濕功能。根據濕度目標值與設定值比值，智能調節加濕狀態工作周期T（根據多次實驗60秒比較適合）的水泵供水時間值T1，T1=TX（1- V/M）。當環境濕度值V不小于設定值M時，T1≤0，水泵停止工作;在T1水泵工作周期內，加濕液噴灑在加濕蒸發器上，自動調節空調出風口的溫度濕度。同時，進氣口增加高效PM2.5濾網改善空氣質量，提高人體的舒適度，保護使用者的身體健康。
　　系統方案圖
　　系統方案圖見圖1。
　　硬件設計
　　硬件設計圖見圖2。
　　硬件搭建
　　本系統最好是直接加裝到空調室內機內部，在空調原有蒸發器前面加裝水分蒸發器，根據檢測濕度控制加水量，利用空調在制熱過程中吹出的熱風，加快水分蒸發，使室內環境變得溫暖和濕潤。
　　然而我們參加科技創新項目，不可能用這么大的空調做原型機，經過多次選擇實驗，我們選擇了夏天用的空調扇外殼及部分零件，再加上網購的其他所需材料設計制作原型機。我們網購了超導PTC暖風機代替空調的發熱和通風系統。
　　空調在夏天制冷時，蒸發器會凝結大量水分，所以空調原蒸發器可以直接用作水分蒸發器，那么超導PTC發熱部件能不能直接用作水分蒸發器呢？根據PTC發熱組件的產品特點和參數，我們認為可以直接把水加到PTC發熱組件上的。然而拆開PTC發熱組件后，我們發現直接加水很困難，于是就設計將水加到風機轉筒上，利用風機轉動產生的離心力，使水滴飛濺到TPC發熱組件上。
　　主要模塊
　　濕度傳感器模塊：Dht22，濕度測量范圍20%～95%（0～50℃），測量誤差±2%;溫度測量范圍40～80℃，測量誤差±0.5℃;工作電壓3.3～5V。
　　水量檢測器模塊：用來檢測加濕液容量，低位時報警提示加液。工作電壓DC3～5V，工作電流小于20 mA，模擬型傳感器，檢測面積為40 mm×16 mm。
　　單片機模塊：我們選用了Arduino開發板，程序編寫簡單易用，對外圍設備的控制能力強。我們用了2塊Arduino開發板，1塊用于控制各種傳感器，1塊專用液晶顯示，2塊單片機通過串口通訊。
　　加濕模塊：選用海綿板吸收水分，用霧化器進行噴發加濕。
　　軟件設計
　　軟件設計流程圖見圖3，代碼略。
　　裝置測試
　　第3次實驗機完成后，我們在5月2日和3日對裝置進行了測試（測試結果略），根據測試結果得出如下結論：
　　◇濕度與設定濕度值相差越大，水分蒸發越多，每小時蒸發100g左右。
　　◇設定值與濕度值相近時，每小時保持濕度需要蒸發水分50g左右。
　　◇在開窗通風環境下水分蒸發量增大。
　　創新點
　　◇集成空調加熱與加濕功能，有效地實現二者協調。
　　◇利用空調室內機原有集水功能，實現水的再利用。
　　◇供水周期、供水量可調。
　　結論
　　給空調增加智能加濕功能，根據檢測到的空氣質量、濕度給熱風智能加濕。中國南方冬天沒有暖氣，大量使用空調制熱，空調熱空氣加濕應用前景需求很大。
　　該項目獲得第33屆全國青少年科技創新大賽創新成果競賽項目中學組工程學一等獎。
　　專家評語
　　項目在現在空調上加裝加濕功能，充分利用空調本身的制熱功能產生的熱量，直接利用空調蒸發器使液體變成水蒸氣，實現增加室內空氣濕度的功能。項目創新點明確。建議考慮合適的凈化措施確保用水安全。
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