室内空气净化消毒产品设计

室内空气净化消毒产品设计
摘要：本次设计是对室内空气净化消毒器的设计，通过对用户空气净化产品
的使用情况进行调研，着重于消毒功能的有效利用，以此对室内空气净化消毒产
品展开创新联想设计，提高了产品的使用率，将产品与功能进行充分结合，设计
出符合现代人审美的室内空气净化消毒器。

关键词：空气净化；消毒器；自动回充；移动式
1引言
1.1研究背景
空气净化器能够对空气污染物进行转化吸附从而达到净化作用，是能有效提
高空气质量的产品。

空气净化器一般用于室内能有效提高人们对于居住环境的健
康质量，由于科技的不断发展而让人们对于家用产品的要求也在逐步提高，净化
器不在满足于单单只对于空气的净化，也被赋予了如消毒消杀等功能，也让人们
对于细菌病毒等消毒方面也提高了重视。

1.2研究意义
首先，室内空气净化消毒器市场开发潜力巨大。

根据市场调研报告显示，人
们对于空气净化器的接受度并不高，其被使用的主要场所是一些会议室和公共室
内区域，而在普通家庭中，空气净化器并不是特别必要的存在，尤其是在大众群
体中，因产品发展时间较为短暂且对产品的认知不足，而对产品的性价比值产生
怀疑，净化消毒产品远不如冰箱电视等家用产品受重视。

而科学研究表明，室内
空气污染是室外的5倍至10倍，因此可以预见室内空气净化器此一块市场的开
发潜力是巨大的。

其次，室内空气净化消毒器对于环境与个人健康密切相关。

随着社会的发展，人们已经意识到空气净化对于身体健康与环境保护的重要性，空气污染也被列为
环境保护的重点“对象”，而如今的室内空气净化消毒产品层出不穷但其质量性
能并不稳定，此还需要设计师们花费许多时间去完善，认真思考设计，将其不足
之处查漏补缺，以设计出令用户满意的产品。

2产品的设计定位
通过对室内空气净化器的市场调研，由于消费者在家用电器方面的选择比较
倾向于多功能的使用产品，所以净化器将会在功能上适当增加使用者的需求功能，根据充电桩红外信号，使该产品接收后自动回到充电位置进行充电，产品底部充
电极片与充电桩极片配对。

顶部采用紫外线消毒方式，将口罩围巾或其他外部饰
品放入消毒仓，开启UV消毒即可。

并且能够根据产品自动检测数据，自动移动
到空气质量较差的位置，进行整个室内房间的分区域净化。

人群定位。

居住地空气污染程度较大，家中有老人孩子或者对空气质量要求
比较高的人群。

环境定位。

中国东北地区，该地区四季温差大，春秋天气易刮风，沙尘多，
夏季蚊虫多，个别地区绿化程度不高，汽车尾气等问题会降低空气质量。

使用场
景为客厅或者卧室，小型居住环境。

功能定位。

功能使用便捷；模式调节方便；自动回冲，消毒净化，移动式净化。

价格定位。

价格要适用于大多数人，偏向于中低价格消费区间。

材质定位。

外观材质选用高强度ABS塑料或者优质合金类材料。

3设计方案分析
3.1室内空气净化消毒器的设计细节
经过前期对室内空气净化消毒产品的调查以及对人们工作时所需要光源进行
调查了解之后，绘制了草图和方案图，在多次思考下，最终确定下来一个方案设计。

下面分析一下本次产品的设计细节。

3.1.1设计功能细节分析
（1）移动式净化空气
根据对现有空气净化消毒产品调研，产品的净化能力决定于空间面积，用面
积S（平方米）=12F/60H，其中每小时循环5次，就是每12分钟一次；F=空气净
化机的净化能力，CADR值是指每小时的洁净空气量，单位是立方米/小时；H=房
间的高度，一般为2.8米，适用面积=CADR×0.12（0.12是空气净化器国家标准
里的换算系数）。

针对现在固定式净化空气的产品特点，设计出一种能够自主检
测空气质量且能移动的室内空气净化系统，该系统由单个净化端主机和多个检测
端从机组成，检测端从机采集室内的空气质量信息，净化端主机依据空气污染指
数计算标准和净化顺序优化算法，选取需净化的检测点及其净化顺序，并完成室
内空气净化任务。

（2）检测系统
如图1所示，是探测模块的工作流程。

该模块由PM2.5传感器、甲醛传感器
等几个部分组成，实时监测室内PM2.5、甲醛等空气污染物的状态。

如果浓度超
过正常范围，信号发送器将向净化器发送信号，然后借此来控制净化器的开关及
运动路径。

图3-1探测部分工作示意图
（3）避障功能
计划设计空气净化消毒器的系统结构有由主控、感知、移动和电源等系统构成，系统能够对接收到的外界信号进行有效处理，并且能控制其移动和清洁系统；感知系统通过光电编码器对机器人位置移动的信息进行掌握，应用防跌落和避障
传感器可获得环境信息；移动系统由一个万向轮和两个直流电机控制的橡胶轮构
成，直流电机采用L298N驱动芯片对PWM进行控制，并采用PID算法来确定轮子
的转向。

（4）自动回充
在产品内部安装能够接受红外信号的感应器，由充电桩发出信号后接收到的
信息，对其进行编码分析，然后去往特定的编码信号组合区，在室内空气净化消
毒产品的前后左右侧安装红外接收管，通过红外接收管接收到的充电座发射的信号，判定产品位于充电座的大致区域，并实现从当前位置回到充电座进行充电。

（5）净化方式
安装在室内每个房间一套的监测可吸入颗粒物、挥发性有机物、微生物污染
物的有害气体监测集成传感器，一台具有采用HEPA、活性炭、活性碳纤维(ACF)、光触媒、UV-C和负离子的多种复合净化技术，可有效去除粉尘、烟雾、VOCs(挥
发性有机化合物)，能够杀菌和消除病毒的空气净化器，安装在空气净化器下部
的空气净化机器人行走电机，安装在空气净化机器人上能显示所有空气质量参数
的显示器、温/湿度传感器分别与一个单片机相连接[14]。

（6）消毒方式
表面卫生是降低医疗保健和其他公共场所传播风险的关键点之一。

UVC光已
经用于医院和实验室感染控制，最近的一些研究表明，它对SARS-CoV-2的有效性。

一种创新紫外线芯片技术最近似乎能够克服旧灯的极限，并被建议作为LED
的有效替代品。

因此，产品的消毒方式为UV消毒，主要消毒一些外部饰品或者
用具例如手机、手表、戒指、口罩等。

（7）升降方式
产品消毒台采用升降柱进行消毒时的封闭消毒以及消毒完毕后的控制升起。

升降柱主要由三部分组成，第一部分能够支撑消毒台的可以自动升降的柱身，第
二部分是动力传动装置，第三部分是电力控制系统。

3.1.2设计结构外观造型分析
（1）移动式圆柱外观造型
外室观造型分为上下两部分都为圆柱式，尺寸为高度大约800-900mm，圆柱
直径约为300mm左右。

产品的上半部分外壳进出风口选用栅格式风口，与中国人
使用的竹篓外形相似，形态贴近自然，顶部置有可升降式消毒台，圆柱造型用隔
板分为四个区间能够放置人体外部适用品，其中部为紫外线灯管，用于照射消毒。

下半部分底部置有一个万向轮以及两个驱动轮，充电位置位于万向轮左右两侧为
金属的充电极片，底部中间位置是电池仓，用螺丝固定不能轻易打开。

（2）内部结构
室内空气净化消毒器内部主体为滤芯装置，以及直流无刷电机和后向离心风轮，用于传送空气。

滤芯可以取换，在产品主体背部有仓门，滤网包括初效滤网，H13级HEAP滤网和高品质活性炭等用于净化空气的等装置，在底部除放置电池外
还装有能够接受红外信号的传感器，以及可以驱动轮的电机。

3.1.3设计色彩人机交互分析
（1）色彩搭配
为了符合净化空气和消毒器的功能特点，主体物颜色选择白色，能够给人以
洁净清爽的感觉，按钮选用浅色系蓝色，底部轮子选用灰黑色，整体效果为大面
积白色点缀一点蓝色和黑色，使产品外观看起来干净清爽。

（2）人机交互
本设计产品的操控方式主要为遥控器遥控以及手机APP联网远程操控，在产
品正面有一块LED触控面板，打开电源后可以在屏幕面板上触控操作，产品中安
置的感应器可以使其自主规划路线进行室内空气的移动式清洁净化，当电量过低
时会通过接收充电桩的红外信号自动移动至充电位置将底部的充电极片对准充电
桩上的极片位置，电量合格后会离开充电桩重新规划路线。

3.2室内空气净化消毒器的材料技术
3.2.1室内空气净化消毒器的净化方式
（1）低温非对称等离子体
通过高压和高频脉冲放电形成非对称等离子体电场，使空气中大量等离子体
之间逐级撞击。

产生电化学反应对有毒有害气体细菌病毒等进行快速降解，能有
效节约电能，终身免拆洗。

（2）化学制剂
主要产品为空气清新剂，能掩盖异味清新空气，价格不高实用性较差，因其
会与阳光中的物质发生反应产生新的污染物，并且无法根除。

（3）化学分解
工作原理是离子器臭氧发生器，造价不高，功能多于清新剂，能增加空气中
负离子数量和降低空气中固态尘埃，有杀菌作用但对分解甲醛等有害气体作用不大。

（4）吸附
活性炭过滤器，在短时间内能吸附一定的细菌和尘土及有害气体，价格低廉，能过滤一定的细菌和尘土有吸附功能，但无选择吸附，对水的吸附率为45%，但
其达到饱和后需要更换无法重复使用。

（5）多层过滤
主要为复合式净化器，过滤效果较好，能明显降低空气中固态尘埃，但价格
较高，且其过滤装置使用一段时间后就要求更换，无法再生，对有害气体基本无
作用。

（6）催化、分解
光触媒净化器能分解部分有害气体，但目前此种方式技术尚未成熟，因其需
要依靠太阳光中紫外线的照射才能产生作用，但使用紫外线灯容易损坏且更换频
繁会对人体和塑料造成损害。

（7）过滤吸附
主要用疏水晶态二氧化硅分子筛为过滤介质，能彻底清除苯，甲醛等多种有害气体，对水及空气不会吸附，能有效吸附多种有害气体，因其吸附量大所以使用时间寿命长。

3.2.2材料制作工艺
经过市场调查选定了该款室内空气净化消毒产品的材料为优质铝合金以及高强度ABS塑料。

铝合金有较高的强度，比强度接近高合金钢，比刚度超过钢，有良好的铸造性能和塑性加工性能，良好的导电、导热性能，良好的耐蚀性和可焊性，可作结构材料使用。

ABS兼有三种组元的共同性能，A使其耐化学腐蚀、耐热，并有一定的表面硬度，B使其具有高弹性和韧性，S使其具有热塑性塑料的加工成型特性并改善电性能。

ABS塑料是一种原料易得、综合性能良好、价格便宜、用途广泛的“坚韧、质硬、刚性”材料。

4草图设计
4.1初步构思
通过对以上一些产品进行细致的分析之后，以及做出了产品设计定位，根据设计定位开始初步构思为外观造型为矩形与半圆柱形的结合体，顶部为栅格式出风口设计，柱体内部设置消毒仓，可用于手部以及外观饰品消毒，滤芯仓门位于机体背部，为了移动方便在其下设置万向轮。

4.2设计方案草图
在完成草图阶段之后，就要展开方案图的构思设计，在草图的基础上进行深入细化，完善其功能要点，注重产品的可实现性，站在用户的角度思考，设计出能解决用户实际问题的产品。

方案一，产品的造型灵感来源于蘑菇，在其顶部设置消毒仓，可进行手部或者外部饰品用具消毒，手部消毒使用消毒液喷雾，外部饰品用具使用UV消毒，
头部可升降，圆柱台面为出风口部位，在圆柱正面有栅格式进风口，底部位置装有万向轮以及两个驱动轮，并且在万向轮两侧置有充电极片，方便自动回充。

方案二在方案一的基础上对其进行外观上的美化设计，不规则柱体简化为规则圆柱体，并将进风口设计为圆孔形。

方案三在方案二的基础上，在室内空气净化产品的底部设置有可升降装置，且内置感应芯片，根据产品自动检测数据，自动移动到空气质量较差的位置。

如图2所示，方案四在方案三的基础上，对其外观进行简化，将外形简化为圆柱体，通过升降装置，且将消毒装置隐藏式设计，此消毒台中间为一个UV灯管，将其分为四个大小一致的空间，可将需要消毒的饰品用具进行分区域消毒，消毒时，消毒台处于产品内部进行密闭式消毒，通过控制按钮进行消毒台的升降操控，该产品设置有自动回充功能，可以根据充电桩发出的红外信号，自动回到充电位置给自己充电，并且该产品能够自动检测空气质量，根据检测情况前往空气质量较差的位置。

图2室内空气净化消毒产品方案图四
4.3电脑模型效果制作
建模时需要对产品结构进行合理拆解，结构之间的衔接严谨，内部结构的安放要规范，整体尺寸大小以及比例要符合产品的设计规范，在渲染时选择的色彩搭配符合产品的功能特点下图3所示，为室内空气净化消毒器的爆炸图。

图3室内空气净化消毒器爆炸图
结语
本次设计提出了移动式室内空气净化消毒产品的功能理念。

解决了室内空气
净化局限于空间而导致的空气净化不完全效率低下的问题。

并且为满足其移动的
功能特点，在充电续航方面对传统净化器的充续方面进行改良，设计出通过红外
线感应自动回充的充电方式。

并设计出能升降的UV消毒台，完成了空气净化与
消毒功能相结合的产品设计。

参考文献：
[1]裴蜓蜓.人机工程学在互感器液晶校验仪面板设计中的应用[J].电子世界，2018(01):196-197.
[2]任平康，常静，穆国华.空气净化器的结构设计与创新[J].轻工科技2020，36(10):76-78.
作者简介：辜维顗（1974.7——），男，中国台湾人，硕士研究生，研究方向：生物科技。