基于雾霾背景下的一种电动防霾头盔设计研究综述

基于雾霾背景下的一种电动防霾头盔设计研究综述

曹亚利

（山东科技大学，山东泰安271000）

摘要：随着工业的迅猛发展，环境污染日益严重，空气中PM2.5含量高居不下，对人们的生活环境及身体健康造成了严重的危害[1]。本文针对传统防霾头盔性能上的缺陷，对其外观、结构进行改进，将负离子空气净化装置与头盔相结合，研究了一种新型电动防霾头盔，并对其工作原理及实用性进行了描述。

关键词：电动头盔；负离子净化装置；除霾；

0前言

改革开放以来，工业迅猛发展,城市化的进程加快,人们物质水平不断提高,随之而来的是对环境造成了不可忽视的影响，近几年，环境问题已经成为主要的突出的问题。空气污染严重,大气环境变差,雾霾频发，越来越多的城市空气质量出现问题，危害着人们的健康，严重影响了居民的生活。

随着大气污染越来越严重，空气中PM2.5含量居高不下，PM2.5为直径≤2.5μm的细颗粒物，其比表面积大,易携带大量有毒有害物质,经呼吸道进入人体肺部深处及血液循环,对人体产生的危害很大，已经成为我国城市大气的首要污染物[3]。随着人们的生活水平不断提升，人们的自我保护意识也逐渐提高，传统的防霾头盔已经不能满足人们的要求。在此背景下，我们需要对传统头盔的外观、结构等进行改进，使其功能更加多样化，是人们外出更加健康、安全。

1防霾头盔的设计标准

雾霾天气愈演愈烈促进了防霾产品制造业的快速发展，然而市面上出现的防霾产品质量参差不齐，本文电动防霾头盔基于下列标准进行改进，力求做到创新、实用、经济、卫生。

（1）安全性：防霾产品作为一种需要直接与皮肤接触的装置,其安全性十分重要。所以在制造防霾头盔时要考虑到材料的甲醛含量、PH值和异味等指标的行业要求规范。

（2）抗菌性：头盔的内部填充物可集聚一些携带致病菌的颗粒物或雾滴，如果在制作时没有考虑到材料的抗菌性,则会出现细菌和病毒滋长的问题,因此防霾产品的抗菌性能对预防传染病的流行、保护人们身体健康有着极其重要的意义[6]。

（3）呼吸阻力：防霾产品作为一种呼吸防护用品,不仅需要具备良好的防护性能,还需要具有优良的生理舒适性能。呼吸阻力被列为对人体呼吸系统影响较大的因素之一,其程度太大,会导致呼吸肌疲劳,使用该类产品的消费者会感到不舒适[2]。

（4）净化效率：净化效率是检测防霾产品性能是否过关的关键技术指标之一,表征净化产品对标准颗粒物的防护能力。

（6）呼吸流量：，普通职业人员在中等劳动强度下的平均气通量约为30L/min,由于人呼吸时的气流速度呈正弦波状,一般平均吸气峰值PIFR为平均每分钟通气量的2.5到3.9倍[2]。

2设计总述

国内外对空气净化型安全头盔的研究处在增加过滤棉芯，利用新型材料制造头盔挡风板的阶段，过滤棉芯的使用虽然能够很好的解决净化空气供驾驶员使用，但也存在需要短时间内多次更换的问题。本文结合国内外现状，将负离子空气净化装置与头盔相结合，研究设计一种新型的电动防霾头盔。

电动防霾安全头盔，包括头盔主体设计、头盔附加装置的设计以及安装在头盔后部的负离子除霾净化装置的设计。

2.1头盔的主体设计

头盔主体分为两层，内层填充物为软弹海绵，软弹海绵外部包裹有人造皮革；外层为复合硬质塑料。

2.2头盔附加装置的设计

头盔附加装置有贴于头盔外层表面的片状太阳能吸收薄板，镶嵌于头盔前端两个进气孔，进气孔与头盔后部的负离子空气净化装置用塑胶软管相连；头盔上部安装有两个出气孔，出气孔与头盔内部相通；出气孔下部贴有两个温度传感器[4][5]。具体如下图1。

1、除霾净化装置；2、进气孔；3、塑胶软管；4、内盔下部；5、内盔上部；6、外盔；

7、温度传感器；8、出气孔；9、片层太阳能吸收薄板；

2.3头盔后部的负离子除霾净化装置的设计

负离子除霾净化装置由封装壳、吸气风扇、负离子发生与作用装置、变温装置、控制芯片、初效滤网、活性炭滤网、HEPA滤网组成。具体如下图2。

10、封装外壳；11、可拆卸支架；12、变温装置；13、推进风扇；14、控制芯片；15、离子发生反应装置；16、初效滤网；17、活性炭滤网；18、HEPA滤网；19、透气网洞；20、可充放电电池

3工作原理及实用性分析

3.1工作原理

上文描述的电动防霾安全头盔，包括头盔主体和头盔附加装置以及安装在头盔后部的负离子除霾净化装置1。头盔主体分为两层，内层4填充物为软弹海绵，软弹海绵外部5裹有人造皮革，外层为复合硬质塑料；头盔附加装置含有太阳能吸收薄板9、进气孔2、出气孔8及温度传感器7；负离子除霾净化装置1包括封装壳10、吸气风扇13、负离子发生与作用装置15、变温装置12、控制芯片14、初效滤网16、活性炭滤网17、HEPA滤网组成18。

具体工作过程为，驾驶人员佩戴好电动防霾安全头盔后，按下启动按钮，行驶过程中空气一部分从头盔前部的进气孔进入除霾净化装置1，另一部分通过封装壳上的网洞19进入除霾净化装置1；通过推进风扇13将含霾空气压入负离子发生装置，在装置中实现负离子与有害气体的结合，实现一级除霾；电离净化后的空气经过三层滤网的过滤，实现最终除霾。除此之外，头盔外部的温度传感器7测定实时外界温度，将所得的温度信息传递给控制芯片14，由控制芯片控制变温装置实现头盔内部的温度调节；太阳能薄板吸收太阳能为可充放电电池20提供部分电能；头盔内外两层保证头部的安全性，出气孔保证头盔内部空气的正常流出，从而达到除霾的目的，也保证佩戴者的安全与舒适。

3.2实用性分析

（1）电动防霾头盔不仅能遮风，还能净化空气和除霾。头盔内部的净化装置可以实现霾的分离和净化，与传统头盔相比较除霾效率更高，人们的舒适性也有所提高，有利于人们吸入新鲜空气，保证人们身体安全和健康。

（2）头盔外部的温度传感器7测定实时外界温度，及时调节头盔内部的温度，提高佩戴人员的舒适度；太阳能薄板吸收太阳能为可充放电电池20提供部分电能，达到节能的目的；头盔分为内外两层，保证佩戴者头部的安全。

4总结

本新型电动除霾头盔，克服了传统头盔更换过滤材料频繁、除霾效率低等问题。其整体结构精简、实用性强、操作简单，能满足防霾的需求，能使人们在出行过程中呼吸到新鲜空气，保证人们身体健康，同时提高出行的安全性。

参考文献

[1]刘莹，高瑞莲，李根.基于纳米纤维材料的一种创意新型高效过滤防霾鼻贴[J].广东化工，2017（22）：78-79.

[2]刘莹，梁智超，李根.基于雾霾背景下的防霾鼻贴的设计[J].化学工程与装备，2019（4）：296-298.

[3]郭新彪，魏红英.大气PM（2.5）对健康影响的研究进展[J].科学通报,2013(13)：1171-1177.

[4]韩磊峰.多功能离子净化舒适性空调系统的应用[J].中国医院建筑与装备，2010（5）：75-79.

[5]李庆才，翟龙涛，许龙贺.新型太阳能智能PM2.5空气净化器的设计与研究[J].山西电子技术，2017（1）：75-77.

[6]姚红.美国FDA对误导消费者的口罩宣传发出警告[J].中国个体防护装备，2009(3):48-49.