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车载空调冷凝水与空气净化系统设计

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摘要:针对车载空调冷凝水利用不足与车内空气质量差的问题,本系统以STC89C52单片机为核心,采用太阳能发电的电力系统,通过收集并处理车载空调冷凝水,然后利用其进行湿度调节与散热片冷却清洗,实现冷凝水再利用并增强空调制冷效果。同时空气检测与净化模块相配合,可有效提高车内空气质量。系统设计内容主要包括冷凝水收集处理与水位控制模块、冷凝水再利用模块、车内空气净化模块以及太阳能供电模块。结果表明,该系统具有显著节能效果与经济效益。

关键词:车载空调;冷凝水再利用;太阳能;湿度调节;空气净化

引言

目前,车载空调冷凝水缺乏有效管理和利用,通常直接排放到车外部;空调在使用时易导致空气干燥、外机散热片升温;加之车辆行驶时空间封闭,导致车内空气质量不佳。基于上述问题,本项目设计了车载空调冷凝水再利用与车内空气净化系统。

1系统总体方案设计

本系统通过多晶硅太阳能电池板将太阳能转换成电能并储存到铅蓄电池中,为整个系统提供电源;当车载空调启动时会产生冷凝水,首先由导管将空调冷凝水引流至收集水箱内消毒杀菌后储存,再由STC89C52单片机控制水泵A抽水经雾化处理后喷洒到空调外机散热片上,实现对散热片冷却与清洗功能。当温湿度传感器DHT11监测到车内湿度低于40%的预定值时,单片机同时控制水泵B抽水经雾化处理后对车内湿度进行调节;当车内空气质量传感器MQ135监测到有害气体超过固定值时,单片机控制等离子净化器,以改善车内空气质量。

2冷凝水收集处理与水位控制模块设计

该模块由冷凝水收集箱、紫外线杀菌灯、水位传感器以及导水管组成。冷凝水收集箱从上至下分别设有进水口、排水口A、排水口B以及溢水口,箱体的侧部有高、低水位标志,腔内设有浮板和两个水位传感器,且内壁涂有保温隔热层和竖直布置的定位棱,冷凝水收集箱三维结构如图1。浮板与水箱内腔水平截面形状相适应并设有透水孔,浮板边缘处设有进排水避让缺口141、定位缺口142及传感器避让缺口143,浮板通过定位缺口142与冷凝水收集箱的定位棱相配合。当浮板在冷凝水收集箱的内腔中随液面同步升降时,可以通过进排水、水位传感器避让缺口避开冷凝水收集箱的进水口和排水口与水位传感器。浮板平面结构如图2。空调冷凝水由导管引流通过进水口进入收集箱,顶部置由紫外线杀菌灯进行消毒处理后储存。根据水位高度确定上限水位与下限水位,划分三个区间:高水位区间、正常工作区间与低水位区间。对应三种工作状态,即正常抽水、应急抽水及停止抽水。利用水位传感器检测液面水位高度,水位工作控制如表1。

3冷凝水再利用模块设计

针对收集并处理后的空调冷凝水,该模块按功能上分成两部分进行再利用。空调外机散热片冷却与清洗模块:STC89C52单片机控制水泵A抽水,经过超声波雾化器处理后,由水喷头直接喷洒在空调外机散热片处,实现对散热片的降温与清洗功能,并增强制冷效果。车内空气湿度调节模块:采用温湿度传感器(DHT11)实时监测车内的温湿度,设定调节阈值为40%的湿度,当湿度低于40%且实际水位处在正常工作区间时,水泵B启动抽水工作,经雾化后对车内空气进行加湿。

4车内空气净化模块设计

针对车内封闭环境造成的空气质量不佳的问题,车内空气净化模块以STC89C52单片机为核心,当监测到车内的有害气体达到一定的浓度值时,STC89C52单片机控制等离子净化器对车内空气进行净化处理。监测端采用空气质量传感器MQ135和显示电路LCD1602,用来监测并显示有害气体浓度值。净化端采用等离子净化器,有效降低车内的悬浮颗粒物浓度。

5太阳能供电模块设计

该供电模块由多晶硅太阳能板、太阳能控制器、12V铅蓄电池及DC-DC降压模块组成。太阳能电池板收集太阳能转化成电能,通过太阳能控制器储存到铅蓄电池内部,铅蓄电池为水泵A、B供电;通过DC-DC降压模块将12V电压转化成5V,为STC89C52单片机供电。

6结语

本项目组通过构建实验平台,进行了仿真实验,最终完成实物制作,系统整体实物图如图3。经调试验证,系统可实现设计功能,满足节能减排要求。冷凝水经雾化处理喷洒在散热片上,可以起到降温与清洗作用,同时增强空调制冷效果。本系统通过对车载空调冷凝水的收集处理,实现节约成本废水再利用,对环境改善和资源循环具有促进作用。

参考文献

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[2]魏燕,胡永海.空调冷凝水作为饮用水的回收利用[J].节能,2008(3):41-43.

[3]张丽洁,杨晚生.空调系统冷凝水的回收利用分析[J].暖通与空调,2011,39(8):14-29.

[4]张雅君,朱娟娟,孙丽华.空调冷凝水作为水资源回收利用研究进展[J].环境工程,2017,35(6):142-145.

[5]丁勇,史丽莎.分体式空调冷凝水回用节能潜力分析[J].建筑节能,2016,44(11):97-101.

作者:崔凯 骆毅 方雨萌 阮文卫 单位:南华大学电气工程学院

车载空调冷凝水与空气净化系统设计责任编辑:张雨    阅读:人次
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