空气净化器设计

天津工业大学毕业设计（论文）题目：空气净化器设计姓名王佳思学院机械工程学院专业工业设计指导教师任成元职称副教授2014年5月9日前言空气净化器是指能够将空气中各种杂质和污染物吸附、消除和分解的一种空气洁净机。包括PM2.5、花粉、毛发、异味、粉尘、甲醛之类的装修污染在内的过敏原、粉尘等都是空气中需要去除的污染物。而空气净化器是能够有效去除这些污染并且能够提升空气清洁度的产品之一。它的使用场所主要分为室内家居、商业场所、工业区域和车室内。国家相关标准对于空气净化器定义是“从空气中分离并且去除一种或多种污染物的设备。[1]对空气中的污染物有一定去除能力的装置。”由于经济的迅速发展，伴随经济发展同时带来的还有环境的污染，人们逐渐开始关心生活环境的质量，近年来，雾霾等空气问题逐渐显露出来，空气净化器这一新型产品也开始流行起来。但现在市场上的空气净化器普遍存在造型单一，过于机械化得缺点，有好的功能但没有好的形式。因此，针对市场上这一普遍现象，通过调研分析，在现有空气净化器系统的基础上再设计与创新，设计出便于使用的，功能相对完善一款产品。本文主要对家用空气净化器和车载空气净化器进行分析设计，根据空气净化器的内部结构和各部件的工作原理，以及消费者需求进行设计，如家用空气净化器与加湿器的结合来增加产品的多功能性，LED显示屏的应用方便监测各项数据等设计了一套更适合生活，更便于使用的空气净化器。第一章项目提出1.1空气质量隐患近年来研究均表明，室内空气污染问题已不容忽视。而中国是属于污染最严重的国家之一。中国房地产市场井喷，因为大量新宅的装修导致了装潢材料以及新家具的化学制品所带来气体污染加剧；而且中国的3.6亿烟民更带来了异常严峻的二手烟污染问题。联合国环境规划署于2013年发布了关于过早死亡与空气污染相关的文件——《全球未来环境展望5》，在其中指出与空气污染有关有的死亡病例已近200多万。而世界卫生组织发布最新发布的报告则表明，平均为每天约1000死亡人数是由空气污染所导致的，也就意味着每年有就约40万左右的人面临着死亡威胁。而翻阅早期资料，早在2000年，世界卫生组织发布的文件中就预计了不久的将来有6万中国人死于空气污染。而《美国自然科学院刊》（PNAS）于最近发表的研究报告也称，因为空气污染人类平均寿命将会缩短4、5年左右。总的来讲，种种数据都表明了，中国的异常严重的空气污染给我们带来了巨大的生命威胁，它阻碍了我们的生活。1.2室内污染情况室内是人们工作，生活，学习，娱乐的主要场所，据统计，大部分人每天四分之三的时间是呆在室内的，所以室内是人们所处的主要场所，随着越来越多的“宅一族”出现，我们更应当把室内以及封闭空间的空气质量问题加以重视。室内，如家庭环境中，污染物主要为装潢材料产生的甲醛，粉尘等，家装中的甲醛潜伏期是3至5年，甚至更久，而宠物及身体毛发，皮屑，二手烟尘等也是不容消灭的；而在工作环境中，各类机器所带来的化学污染也十分严重；车内室作为更加封闭的空间，更加容易产生细菌，异味等，也是十分需要被改量空气质量的场所。1.3课题研究的意义通过对现代人生活环境及方式的研究，从而发现一些问题，由于现代人在工作和生活方式的改变，越来越注重环境质量，而随着这种观念的深入，空气净化器的开发、设计、研究、使用必将成为现代人所关注的问题之一。而现今国内市场上的产品造型过于单一，大多缺乏新意，产品之间相似度高，无法将形式与功能统一并且相融合，而且材料浪费，二度污染的现象普遍存在。所以一款高效、节能、智能的空气净化器才是消费者最终需求。因此，针对市场上这一普遍现象，本课题希望通过研讨国内外优秀的设计并通过调研分析，在现有空气净化器系统的基础上再设计与创新，设计出便于使用的，功能相对完善一款产品。为丰富国内市场，为赶上外国先进水平尽一份力。第二章市场调研2.1空气净化器发展背景消防用途是空气净化器最先生产使用的源头，1823年，詹姆•斯密斯和杰森发明了一种可供消防员在火灾时避免烟雾侵袭的新型防烟装置。1854年，一个叫亚尔弗列得的人在这些前辈的发明基础上取得了新的进展：他通过多次尝试，多次实验，发现了空气中有害有毒气体和一些颗粒杂质可以被木炭吸附过滤掉这一现象。美国政府于二战期间开始了放射性物质的研究，因此为了保证安全，使科学家们可以顺畅呼吸，他们需要研发一种装置来过滤掉所有有害颗粒，因此他们发明出了HEPA过滤器。在20世纪50年代到60年代，HEPA过滤器非常流行，并不是所有过滤器都是HEPA过滤器，HEPA过滤器的标准是，对于0.3微米的颗粒，它的过滤效率高达99.97％，它这只是一个单次的过滤效率。其实，HEPA过滤器工作的风阻太高，使用起来相对来说不适合，因为净化是一个循环的过程，它强调循环的概念，即强调平衡风阻和效率。截至到2013年下半年，绝大多数市场上的空气净化器，除去万元以上的专用场所的空气净化器，其过滤网都不能被称之为“HEPA”。进入20世纪80年代，净化空气重点已经转移到了空气的净化方法，不断更新的科技也促进着空气过滤方式的创新。相较于过去，仅能除臭，吸收有毒气体，但不能除去霉菌、病毒和细菌的空气过滤器，现在新的家庭、办公室和车室内所使用的空气净化器，不仅能清除有毒气体，而且还净化空气，过滤掉空气中散布的的病毒，花粉，细菌，灰尘等。技术的每一次变化都给人们带来了改善室内空气质量的显著成果，因此目前空气净化器已有了大量不同的设计方法，而这一切只有一个目的：通过改善空气质量来提高人们室内生活的指数。目前大多数空气净化器主要是由内外部结构构成，外部结构包括机箱外壳、液晶显示屏，功能按键；内部则是过滤系统，风道，电机，电源，传感器来构成的。电机决定着净化器的寿命，过滤系统决定净化效果，风道决定机器工作是否安静，给人带来最直观的视觉感受的就是外部构造，即机箱外壳。2.2空气净化器的市场调研2.2.1国内空气净化器市场调研国内对于空气净化器的研究目前还处于初步阶段，人们虽然开始注重改善空气污染等问题，但对空气净化器的使用率还是极低的。目前国内基本上是小品牌生产居多，质量粗劣；也有个别大品牌对其进行了研究，但效果不明显，造型多雷同，生产产品造型单一。不过也有个别企业通过聘请国外设计师推出了一系列的优良设计。下面对一些国内一些家用和车载的空气净化器进行对比分析：美的一款根据《机器人总动员》中伊娃的形象设计的家用空气净化器（图2-1），造型圆润，线条柔和，其体量大，适合大空间的使用，使用功率也在50W左右。其设计点还在于背部人性化防滑提手的设计，漩涡出风口以及白色导流面板对弧形的利用，还有操作面板的智能化。如图2-2的SKG家用空气净化器的灵感来源于迪拜的帆船酒店，造型独特，内圆外方，立体感强，ABS材料模拟出金属的质感，科技感强，优雅弧形，线条流畅，但是与同功能大小的净化器比所占空间较大，而且不易清洁。另一款SKG家用空气净化器（如图2-3）灵感来源于迪拜的帆船酒店，造型独特，内圆外方，立体感强，ABS材料模拟出金属的质感，科技感强，线条流畅，但是与同功能大小的净化器比所占空间较大，而且不易清洁。下面对国内几款车载空气净化器进行分析:如图2-4的净美仕车载或小空间空气净化器叫做魔盒，这个命名不仅表现了形态的来源，也表现了其功能的强大，造型独特，科技感强，其触摸开关按键的设计不仅符合人机，而且对于形态有突变功能，造成视觉突变的美感。小熊品牌所设计的随身携带的空气净化器（图2-5），体量小，方便携带，造型可爱，一键操控方式，使用便利，但不足的一点是工作效率太低。而TCL的如图2-6所示的车载空气净化器采用高亮钢琴烤漆，造型轻薄，十分有质感，触摸式按键操作控制，开关机更便捷，双向循环空气导流系统，ABS环保材料，过滤网可更换，无耗材，使用寿命长。2.2.2国外空气净化器市场调研由于国外空气净化器的使用率高，国外对其的发展也比较迅速，很多大品牌已经形成了完整的设计体系，造型多变，材料运用得当，并且注重对不同区域的使用而对产品进行改变，有很多值得我们学习和借鉴的地方。以下也对国外的净化器进行分析研究，首先是家用空气净化器：如图2-7的飞利浦家用的空气净化器，不仅有定时功能，而且过滤网需要更换时还有提醒功能，颜色活泼靓丽，材质也是ABS环保塑料。而图2-8这款飞利浦家用的空气净化器的设计点主要在空气检测显示区域，当空气通过圆形孔时，空气感应器会检测空气的质量，再通过圆口区域周边嵌入的LED来显示空气的指数级别，直观的将信息反馈给用户。摩瑞尔家用空气净化器（图2-9）的设计来源于企鹅的形象，仿生效果很好，但看起来过于单薄，其背部有菱形出风口设计，可将洁净空气遍布居室。以下是一些国外的车载空气净化器:如图2-10的车载空气净化器来自三星，圆柱体的造型简洁大方，机身直径大小符合汽车杯托大小，方便摆放。而另一款CADO车载空气净化器（如图2-11），单片氧化铝拉丝成型工艺，时尚的光泽散发厚重的质感，灌装饮料瓶的大小的设计，能够轻松放入杯托，上部蜂窝状吸气口亮着蓝色LED灯，有装饰作用。2.2.3概念设计调研近年来，由于对空气质量问题的关注度逐渐提升，空气净化器的设计也一直层出不穷，一些概念设计也不断涌出，我们也可从这些概念设计上吸取一些好的想法来提升自己的设计思维。这款Pebble便携空气净化器由设计师NarayanBashkiria设计，外观圆润光滑似鹅卵石一般。其LED显示屏可直观的显示其工作状态，净化方式则采用等离子技术净化。工作，休息睡觉时，都可将它放在离身边不远的地方；甚至可以将它放在口袋中随时携带，随时改善人们周围的空气质量。2.3空气净化器调研结果分析在调研过程中我发现空气净化器两个必要的硬性指标：1、必须保证机器工作时对室内空气达到一定的更换次数（国际是5次），因此要求内置的风机有一定的风量。2、机器的必须有90%以上的首次净化效率，因为净化效率(CADR)越高，即空气被净化的速率越高，这也表明空气净化机性能就越好。我们在进行设计时，应考虑以下几点：第一，以上两点必要硬性指标即要求在造型设计上充分考虑净化器内部工作区域的面积与空间，所以，一般来说，体积大的净化器净化速率与能力较高。第二，而随着机器的使用，采用过滤、吸附、催化原理的净化器、器内滤胆饱和，设备的净化能力下降，需要清洗、更换滤网和滤胆，我们应当考虑在设计时考虑清洗与更换方便的问题。最好是将各区域模块划分，以达到组装与拆卸的方便。第三，空气净化器要有环形导流面板的设计，或者单向进出空气口。由于目前，市场上的净化器工作装置一般有微风扇（控制空气进行循环流动）、空气过滤系统（实现对空气净化的作用）、水箱（起到加湿空气作用）、智能监控系统（对机身与环境各种指标进行监控）、负离子发射器和高压电路（发射出负离子而形成负离子流并随过滤后的空气一起排除机内）。而造型上的装置有机箱外壳、风道设计、电源、液晶显示屏，LED灯等。现在，市场上的空气净化器多为平板造型，这是因为内部过滤网及其他除尘装置均为平板造型。还有，在机身上有都有一个空气监测器，内部安有LED灯，用灯光颜色的变化来提醒人们空气指数。其次，在材料方面，外壳多为金属材料和ABS环保塑料。在调研中，发现以下问题可以改进:机身造型比较单一，没有变化，与环境不相容；而机器的人机界面较为复杂，不方便操作，也影响了机身的整体性，而且，没有单独操作的遥控器，极其不方便；机身为了工作效率体积较大，不用时也比较占空间，而且因为体量大，重量也大，一般均在10kg作用，不方便移动，我们可以在底部安几个万向轮来解决这一问题，还有，平板造型在空间中竖直摆放会给人不稳定的感觉。最后，因为现在追求多功能设计，所以我觉得还可以改进的一点是可以增加一些其他小功能，如加入加湿功能，空气的熏香功能等，改变产品功能的单一。还有，在现在的市场中，对净化器的使用人群并没有进行划分，我觉得老年人家庭与白领家庭与家里有儿童的家庭使用需求是不一样的，例如老年人家庭需求就是操作简便，白领家庭就是造型简洁大方，有儿童的家庭则是需要机器安全。第三章设计思路3.1设计点分析首先在空