空调制热模式下智能加湿功能模块

喻联玺　谢代军　秦川　蔡宗欣

研究背景

冬天寒冷，我们南方大部分地区都是开空调取暖，但空调制热的同时，也使得室内空气异常干燥。当空气湿度低于40%的时候，鼻部和肺部呼吸道黏膜脱水、弹性降低，灰尘、细菌等容易附着在黏膜上，引发咳嗽，同时容易诱发支气管炎、哮喘等呼吸道疾病，人在干燥的环境中也易感染流感病毒。而现在市面上的空调只有除湿功能，很多人还要买加湿器对房间加湿。于是我就想能不能给空调增加智能加湿功能，让空调吹出温暖的热风，同時还可以增加房间湿度，让房间里的人更加舒适。

研究目标

◇给空调增加智能加湿装置，在空气干燥时自动加湿。

◇给空调加装高效PM2.5滤网，改善空气质量，提高人体的舒适度。

方案设计

设计思路

利用湿度传感器检测湿度值V，当其低于设定值M（标准50%，或者自己设定），开启智能加湿功能。根据湿度目标值与设定值比值，智能调节加湿状态工作周期T（根据多次实验60秒比较适合）的水泵供水时间值T₁，T₁=T_X（1- V/M）。当环境湿度值V不小于设定值M时，T₁≤0，水泵停止工作;在T₁水泵工作周期内，加湿液喷洒在加湿蒸发器上，自动调节空调出风口的温度湿度。同时，进气口增加高效PM2.5滤网改善空气质量，提高人体的舒适度，保护使用者的身体健康。

系统方案图

系统方案图见图1。

硬件设计

硬件设计图见图2。

硬件搭建

本系统最好是直接加装到空调室内机内部，在空调原有蒸发器前面加装水分蒸发器，根据检测湿度控制加水量，利用空调在制热过程中吹出的热风，加快水分蒸发，使室内环境变得温暖和湿润。

然而我们参加科技创新项目，不可能用这么大的空调做原型机，经过多次选择实验，我们选择了夏天用的空调扇外壳及部分零件，再加上网购的其他所需材料设计制作原型机。我们网购了超导PTC暖风机代替空调的发热和通风系统。

空调在夏天制冷时，蒸发器会凝结大量水分，所以空调原蒸发器可以直接用作水分蒸发器，那么超导PTC发热部件能不能直接用作水分蒸发器呢？根据PTC发热组件的产品特点和参数，我们认为可以直接把水加到PTC发热组件上的。然而拆开PTC发热组件后，我们发现直接加水很困难，于是就设计将水加到风机转筒上，利用风机转动产生的离心力，使水滴飞溅到TPC发热组件上。

主要模块

湿度传感器模块：Dht22，湿度测量范围20%～95%（0～50℃），测量误差±2%;温度测量范围40～80℃，测量误差±0.5℃;工作电压3.3～5V。

水量检测器模块：用来检测加湿液容量，低位时报警提示加液。工作电压DC3～5V，工作电流小于20 mA，模拟型传感器，检测面积为40 mm×16 mm。

单片机模块：我们选用了Arduino开发板，程序编写简单易用，对外围设备的控制能力强。我们用了2块Arduino开发板，1块用于控制各种传感器，1块专用液晶显示，2块单片机通过串口通讯。

加湿模块：选用海绵板吸收水分，用雾化器进行喷发加湿。

软件设计

软件设计流程图见图3，代码略。

装置测试

第3次实验机完成后，我们在5月2日和3日对装置进行了测试（测试结果略），根据测试结果得出如下结论：

◇湿度与设定湿度值相差越大，水分蒸发越多，每小时蒸发100g左右。

◇设定值与湿度值相近时，每小时保持湿度需要蒸发水分50g左右。

◇在开窗通风环境下水分蒸发量增大。

创新点

◇集成空调加热与加湿功能，有效地实现二者协调。

◇利用空调室内机原有集水功能，实现水的再利用。

◇供水周期、供水量可调。

结论

给空调增加智能加湿功能，根据检测到的空气质量、湿度给热风智能加湿。中国南方冬天没有暖气，大量使用空调制热，空调热空气加湿应用前景需求很大。

该项目获得第33届全国青少年科技创新大赛创新成果竞赛项目中学组工程学一等奖。

专家评语

项目在现在空调上加装加湿功能，充分利用空调本身的制热功能产生的热量，直接利用空调蒸发器使液体变成水蒸气，实现增加室内空气湿度的功能。项目创新点明确。建议考虑合适的净化措施确保用水安全。