CN113975908B - 一种基于纳米纤维膜的空气过滤系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于纳米纤维膜的空气过滤系统及方法，系统至少包括：过滤单元：至少包括含有银离子和/或银纳米线成分的纳米纤维膜滤网；数据采集单元：用于采集纳米纤维膜滤网的电性能参数；数据处理单元：用于在纳米纤维膜施加交流电压的情况下，基于与趋肤效应相关的至少一个电性能参数和/或者电磁感应参数的变化曲线确定纳米纤维膜的氧化程度参数和/或洁净程度参数；控制单元：用于基于纳米纤维膜的氧化程度参数和/或洁净程度参数调节设置于纳米纤维空气流动上游或空气流动下游的至少一个辅助过滤组件、除湿组件和/或调速组件的启动及其工作参数空气的过滤状态。本发明更快速地评估纳米纤维膜的氧化损耗程度，并且评估准确，误差小。

Description

一种基于纳米纤维膜的空气过滤系统及方法

本发明是申请号为202010210619.0，申请日为2020年3月23日，发明名称为一种空气防尘管理系统及空气质量检测系统，申请类型为发明的发明专利的分案申请。

技术领域

本发明涉及空气过滤技术领域，尤其涉及一种基于纳米纤维膜的空气过滤系统及方法。

背景技术

新一轮的基建必定带来大量的环境粉尘污染。现有的建筑工地防尘网对PM2.5的过滤效果非常有限，导致很多防尘措施都流于表面效果不佳，鉴于新一轮的大基建，有效的防尘防霾措施势在必行。目前在逐渐被大力推广的全封闭绿色防尘施工厂棚，又有通风不良的问题。纳米纤维材料具有高效过滤的优势。在当前空气污染对人体健康造成了极大危害的局势下，纳米纤维材料已应用到粉尘排放过滤、汽车尾气排放过滤以及雾霾口罩等领域。

例如，中国专利CN 108914220 A公开了一种除尘装置，包括液泵、纺丝针头、收集板、加热器和回收池，所述回收池内储存有纺丝溶液，所述液泵的输入端通过管道与回收池连通，液泵的输出口与丝纺针头；所述纺丝针头上附加2-30KV高压静电场，所述收集板倾斜设于纺丝针头的下方，所述加热器设于纺丝针头上；所述纺丝针头喷射出纺丝溶液，在高压静电场的作用力形成纳米纤维；纳米纤维遇到需被过滤的气体而吸附气体中的粉尘；纳米纤维掉落到收集板上被加热器加热成熔融状态而流回回收池，形成循环除尘的系统。

中国专利CN 108392924 A公开了一种矿用纳米纤维膜湿式过滤除尘器，其特征在于：主要包括除尘器壳体、喷雾组 件、过滤组件、甲烷吸附装置、轴流风机、支撑腿、压力调节阀、压力表、水压均布腔和污水槽，在除尘器壳体内沿入口至出口方向依次安装有喷雾组件、过滤组件、甲烷吸附装置和轴流风机，喷雾组件与除尘器壳体的底板固定，并通过螺纹依次连接水压均布腔、压力表和压力调节阀，除尘器壳体与轴流风机通过螺栓进行连接。过滤组件由纳米纤维膜层、基底层和土工格状外框组成，纳米纤维膜采用疏水性材料制备，采用具有微米尺度突起的模板热压和真空等离子体进行表面疏水改性处理。该除尘器实现了湿式除尘的表面过滤，解决了湿式过滤除尘器滤网容易堵塞的难题，具有过滤效率高优点，同时能吸附风流中的甲烷，消除甲烷对轴流风机安全运行的隐患。

如上所述，现有技术已经大量使用纳米纤维膜作为过滤组件进行除尘。但是，如何通过纳米纤维膜来进行空气质量监测，以及如何对纳米纤维膜的使用寿命进行监测，都是无法解决的技术问题。

现有技术中，当前还没有利用趋肤效应来对纳米纤维膜进行氧化程度监测及评估的技术方案。

此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于发明人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。

发明内容

针对现有技术之不足，本发明提供一种用于施工厂棚的防尘管理系统，至少包括有至少一个空气循环装置构成的空气循环单元、过滤单元、数据采集单元和数据处理单元，所述过滤单元构成厂棚的全部或部分主体，其特征在于，所述过滤单元至少包括含有银离子和/或银纳米线成分的纳米纤维膜滤网，至少一个空气循环装置设置有至少一个含有银离子和/或银纳米线成分的纳米纤维膜。现有技术中的厂棚的过滤网只能够进行较粗颗粒的过滤，而无法对较细的颗粒进行过滤，施工工人发生尘肺病的概率比较高。本发明通过对过滤网设置含银的纳米纤维膜，不仅能够根据需要过滤各种尺寸的颗粒物，尤其能够根据需要过滤0.1~0.3微米的细菌病毒颗粒物，使得厂棚内的粉尘进入环境中的数量较少，过滤效果更佳。所述数据处理单元基于由所述数据采集单元采集的所述纳米纤维膜的银结构部分的电性能参数来计算与空气质量参数相关的所述纳米纤维膜的过滤状态参数，从而基于所述过滤状态参数评估过滤后的空气质量参数。过滤网的过滤功能是存在使用寿命的，而过滤网的过滤功能是否处于有效状态，仅靠人眼识别和判断的效率很低。本发明通过对纳米纤维膜的银氧化程度来计算和分析纳米纤维膜的使用寿命，从而能够基于纳米纤维膜的银损耗程度来判断洁净程度和要更换的时机，既能够避免大量粉尘污染环境，又能够维持过滤网的有效性。特别的，不同位置的空气循环装置中的纳米纤维膜能够与过滤单元中的过滤网同日安装且同向过滤，从而形成较大面积的过滤网的损耗程度和洁净程度的取样，便于数据处理单元评估过滤网整体的过滤效率。优选的，厂棚内能够以贯穿过滤网的方式设置若干用于空气输入的空气循环装置，纳米纤维膜内的银离子或银纳米线能够进行对病毒或细菌的杀菌，从而使得厂棚内输入的空气不含有病毒。

现有技术中，对于大型的施工厂棚，施工周期长，过滤网的使用面积大，的使用更换的成本较高，因此基于纳米纤维膜的银氧化程度和洁净程度的降低来进一步维持空气质量是需要解决的技术问题。即多种空气循环装置如何有序的启动和工作来维持空气质量的稳定需要系统进行协调。本发明的防尘管理还包括控制单元，所述控制单元与至少一个数据采集单元和/或至少一个数据处理单元连接，所述控制单元基于所述数据处理单元发送的纳米纤维膜的银氧化程度参数和/或洁净程度参数以自适应的方式调节空气循环单元中至少一个空气循环装置的启动数量和通风参数。银氧化程度参数和/或洁净程度参数下降，其空气质量必然也会下降。在银氧化程度参数和/或洁净程度参数下降至设定阈值的情况下，控制单元通过对空气循环装置的有序协调来提高空气质量，例如开启新的空气循环装置、增大通风量、改变空气循环路径等方式来增加新的纳米纤维膜的过滤面积，从而提高空气质量。优选的，提高协调空气循环装置的开启也有利于到达寿命的陈旧纳米纤维膜的更换而不影响施工进度。

长期施工厂棚往往为了有效降尘会增加加湿装置来对粉尘进行打湿，使其快速下降。但是大量湿气是不利于纳米纤维膜的寿命的延长。湿气会加速纳米纤维膜的氧化程度以及灰尘累积程度。所述控制单元基于所述纳米纤维膜的银氧化程度参数和/或洁净程度参数的曲线变化率来调节设置于所述纳米纤维膜空气流动上游或空气流动下游的至少一个辅助过滤组件、除湿组件和/或调速组件的启动及其工作参数直至空气质量参数恢复至空气质量阈值范围内。本发明如此设置的优势在于，通过设置辅助过滤组件、除湿组件和/或调速组件，有利于减少银离子或银纳米线的氧化损耗，延长纳米纤维膜的使用寿命。由于在评价纳米纤维膜的趋肤效应参数时，空气湿度对于参数波动有着较大影响。因而准确判断湿度，特别是纳米纤维膜表面湿度的准确判断是一项高精度的技术挑战。为此，本发明除了在空气流动上游或空气流动下游设置常规的除湿组件之外，还在气流路径上紧邻纳米纤维膜的上游设有可依需要介入的强制除湿组件。该强制除湿组件例如可借助于空调制冷循环来实现，其不仅可以定时介入到纳米纤维膜的上游气流之中，用于消除纤维膜上的积聚潮气，以延长其使用寿命；而且还可以在至少一个过滤状态参数以突变的方式显示纳米纤维膜寿命即将甚或已经到期之时，该强制除湿组件以更高工作功率介入，使得纳米纤维膜在明显更为干燥的情况下接受二次监测，从而更为精确地排除因潮气带来的干扰。因此，对于长期施工的厂棚，有效的空气防尘管理系统既能够有效降尘，又能够延长纳米纤维膜的使用寿命，降低过滤网的更换成本。特别地，纳米纤维膜滤网更换的缺陷不仅在于更换成本，还在于大量纳米纤维膜滤网的更换会对施工进度形成影响，因此延长纳米纤维膜的寿命至关重要。而对于辅助过滤组件、除湿组件和/或调速组件，更换成本较低且大部分部件能够循环使用。

优选的，在所述纳米纤维膜施加电压的情况下，所述数据处理单元基于由电性能参数变化曲线确定对应的所述纳米纤维膜的过滤状态参数来评估空气质量参数。仅通过某一时刻的电性能参数来评估空气质量是片面的，通过电性能参数的变化有利于从整体上反映纳米纤维膜的损耗速度，并且了解空气质量的变化情况，使得空气质量的评估和更客观。

基于直流电压情况下，电流、电压和电阻在导体中均匀分布的特征，电性能参数较稳定且更容易监测。在所述纳米纤维膜施加直流电压的情况下，所述数据处理单元基于由所述数据采集单元监测的至少一个电性能参数及其曲线变化来确定所述纳米纤维膜的氧化程度参数和/或洁净程度参数。在银氧化的情况下，银氧化程度与电性能参数存在一定的相关关系。本发明通过银氧化程度与电性能参数的相关关系来确定银氧化程度参数和/或洁净程度参数，能够评估纳米纤维膜的杀菌效率参数，进一步明确过滤后的空气质量。

优选的，针对施加交流电的情况下导电体的趋肤效应的特征之所以有利，因为银离子钝化铝优先发生在表面,所以利用趋肤效应能够更为快速准确判断老化情况。本发明在所述纳米纤维膜施加交流电压的情况下，所述数据处理单元基于与趋肤效应相关的至少一个电性能参数和/或者电磁感应参数的曲线变化确定与评估过滤能力相关的所述纳米纤维膜的氧化程度参数和/或洁净程度参数。以趋肤效应为基础，纳米纤维膜中的银导体能够实现空心结构的导电，从而在减少纳米纤维膜质量的同时降低振动参数的监测难度。在降低制造成本的情况下保证纳米纤维膜的空气质量监测效果。相对于直流电压，采用交流电施加电压的优势在于，直流电是单向的，正负极不能互换，其电性能参数容易由于测试的方式以及测试的方向存在较大的数据误差，使得数据不准确。交流电压两端的交流电是大小和方向都随时间做周期性变化的，而交流电没有正负极，不存在单向电流的情况下测量电性能参数不准确的缺陷。采用交流电电压，不仅日常更容易连接电源，而且在电流变化的情况下测得的电性能参数准确，不容易受到客观测试条件的干扰而产生较大的数据误差。交流电还能够产生电感、电容，能够产生更多的电性能参数的测量方式，从而使得电性能参数的测量更容易与使用环境相匹配和适应，进一步减少匹配形成的误差和干扰。特别地，相对于空心结构的银纳米线，采用交流电压来进行测量，空心结构的电容电压更稳定，受到氧化程度的杂质干扰更小。直流电压相对于空心结构的银纳米线存在较大的电流不稳定性，得到的电性能参数不准确高。优选的，银纳米纤维膜的交流电压范围为２～20V，更有利于银氧化程度形成的电性能参数变化的测量，敏感度高。

优选的，厂棚内的湿度较大，既不利于施工人员的人体健康，也不利于纳米纤维膜的寿命延长。因此，本发明的所述数据采集单元还包括湿度传感器，在所述湿度传感器的湿度参数达到湿度阈值或所述数据采集单元采集的电性能参数变化异常的情况下，所述控制单元以使得所述纳米纤维膜的湿度参数降低至指定校准阈值以下的方式调节至少一个除湿组件的工作参数。在湿度较大的情况下，本发明能够通过调节除湿组件的调节来加大除湿效率，有利于空气质量的提高，也有助于纳米纤维膜的使用寿命的延长。

所述数据采集单元至少还包括采集所述纳米纤维膜的振动参数的振动采集组件，在所述纳米纤维膜处于工作状态的情况下，所述数据处理单元基于所述振动采集组件发送的振动参数来评估所述纳米纤维膜的第二洁净程度参数和/或风阻参数。仅仅依靠电性能参数来评估空气质量，在电性能参数异常的情况下时或则数据采集故障发生导致数据不准确的情况是不容易发现的，因此数据的校准机制也是相当重要。本发明能够将由振动参数评估的洁净程度参数与由电性能参数确定的洁净程度参数形成互相参照数据，在两种数据相差较大的情况下对数据采集单元进行监测校对，有利于发现数据采集单元的故障并且及时进行维修，保障空气质量监测传感器的正常运行。

具体地，所述控制单元基于由纳米纤维膜的氧化程度参数评估的第一洁净程度参数与由纳米纤维膜的振动参数评估的第二洁净程度参数的相差值来进行所述数据采集单元的数据校准。该校准机制，能够有效发现电性能参数的采集异常，或者数据处理单元的计算异常，提高了本系统的故障发现效率，避免由于空气质量快速降低导致的人体健康损害。

本发明还涉及一种空气质量检测系统，至少包括空气循环装置、过滤单元、数据采集单元和数据处理单元，所述过滤单元至少包括含有银离子和/或银纳米线成分的纳米纤维膜滤网，所述过滤单元设置于所述空气循环装置的空气流动管道中，所述数据处理单元基于由所述数据采集单元按照设定的时间间隔采集的所述纳米纤维膜的银结构部分的电性能参数来计算与空气质量参数相关的所述纳米纤维膜的过滤状态参数，从而基于所述过滤状态参数评估过滤后的空气质量参数。本发明的空气质量检测系统，通过定时或不定时对空气质量进行抽检，实现对空气质量的监督。

本发明的空气质量检测系统还包括控制单元，所述控制单元与至少一个数据采集单元和/或至少一个数据处理单元分别连接，所述控制单元基于所述数据处理单元发送的纳米纤维膜的银氧化程度参数和/或洁净程度参数以自适应的方式调节空气循环单元中至少一个空气循环装置的启动数量和通风参数。本发明通过电性能参数来评估空气质量，并且基于空气质量的状态来调节空气循环装置，有利于在检测空气质量的同时改善空气质量。

本发明提供一种基于纳米纤维膜的空气过滤系统，至少包括：过滤单元：至少包括含有银离子和/或银纳米线成分的纳米纤维膜滤网；数据采集单元：用于采集所述纳米纤维膜滤网的电性能参数；数据处理单元：用于在所述纳米纤维膜施加交流电压的情况下，基于与趋肤效应相关的至少一个电性能参数和/或者电磁感应参数的变化曲线确定所述纳米纤维膜的氧化程度参数和/或洁净程度参数；控制单元：用于基于所述纳米纤维膜的氧化程度参数和/或洁净程度参数调节设置于所述纳米纤维膜空气流动上游或空气流动下游的至少一个辅助过滤组件、除湿组件和/或调速组件的启动及其工作参数空气的过滤状态。

优选地，所述纳米纤维膜中的银纳米线包括具有空心结构的银纳米线，在所述纳米纤维膜施加交流电压的情况下，所述数据处理单元将具有空心结构的银纳米线的电性能参数发送至控制单元，所述控制单元基于电性能参数变化确定更换所述纳米纤维膜的时机。

优选地，所述数据采集单元还包括湿度传感器，在所述湿度传感器的湿度参数达到湿度阈值或所述数据采集单元采集的电性能参数变化异常的情况下，所述控制单元以使得所述纳米纤维膜的湿度参数降低至指定校准阈值以下的方式调节至少一个除湿组件的工作参数。

优选地，在所述纳米纤维膜施加直流电压的情况下，所述数据处理单元基于由所述数据采集单元监测的至少一个电性能参数及其变化曲线来确定所述纳米纤维膜的氧化程度参数和/或洁净程度参数。

优选地，所述数据采集单元至少还包括采集所述纳米纤维膜的振动参数的振动采集组件，在所述纳米纤维膜处于工作状态的情况下，所述数据处理单元基于所述振动采集组件发送的振动参数来评估所述纳米纤维膜的第二洁净程度参数和/或风阻参数。

优选地，所述控制单元基于由纳米纤维膜的氧化程度参数评估的第一洁净程度参数与由纳米纤维膜的振动参数评估的第二洁净程度参数的相差值来进行所述数据采集单元的数据校准，在第一洁净程度参数与第二洁净程度参数的差值超过设定阈值的情况下，所述数据处理单元重新选择电性能参数来确定第一洁净程度参数的数值。

本发明还提供一种基于纳米纤维膜的空气过滤方法，所述方法至少包括：

采集含有银离子和/或银纳米线成分的纳米纤维膜滤网的电性能参数；

在纳米纤维膜施加交流电压的情况下，基于与趋肤效应相关的至少一个电性能参数和/或者电磁感应参数的变化曲线确定所述纳米纤维膜的氧化程度参数和/或洁净程度参数；

基于所述纳米纤维膜的氧化程度参数和/或洁净程度参数调节设置于所述纳米纤维膜空气流动上游或空气流动下游的至少一个辅助过滤组件、除湿组件和/或调速组件的启动及其工作参数空气的过滤状态。

优选地，所述方法还包括：

所述纳米纤维膜中的银纳米线包括具有空心结构的银纳米线，

在所述纳米纤维膜施加交流电压的情况下，基于具有空心结构的银纳米线电性能参数变化确定更换所述纳米纤维膜的时机。

优选地，在湿度传感器的湿度参数达到湿度阈值或所述数据采集单元采集的电性能参数变化异常的情况下，以使得所述纳米纤维膜的湿度参数降低至指定校准阈值以下的方式调节至少一个除湿组件的工作参数。

优选地，所述方法还包括：在所述纳米纤维膜施加电压的情况下，基于由电性能参数变化曲线确定对应的所述纳米纤维膜的银的氧化损耗速度。

附图说明

图1是本发明的空气防尘管理系统的基础结构示意图；和

图２是本发明的空气防尘管理系统的模块示意图。

附图标记列表

100：过滤单元；200：纳米纤维膜； 300：数据采集单元；400：数据处理单元；500：控制单元。

具体实施方式

下面结合附图进行详细说明。

本发明中电性能参数，不仅包括电阻、电流、电压、与电磁感应相关的磁通量、磁感应强度，还包括以电阻、电流、电压、磁通量、磁感应强度为基础计算的任意参数。

本发明中的数据采集单元，是指能够监测纳米纤维膜200的电性能参数的电路、集成电路或者能够直接计算所需电性能参数的组件，例如电流测试组件、电压测试组件、电阻测试组件、磁通量、磁感应强度测试组件等等。

本发明的空气防尘管理系统，也可以是一种空气调节系统及设备、一种空气质量调节系统及设备、空气质量监督系统及设备，还可以是一种纳米纤维膜损耗状态的评估/预测装置及系统，一种纳米纤维膜寿命评估装置及系统，或者一种基于纳米纤维膜的空气调节管理系统。

本发明的纳米纤维膜200的过滤状态参数，至少包括氧化程度参数、过滤参数、风阻参数、洁净程度参数、振动参数等等。

实施例１

本发明涉及一种用于施工厂棚的防尘管理系统，如图１所示，至少包括有至少一个空气循环装置构成的空气循环单元、过滤单元100、数据采集单元300和数据处理单元400，所述过滤单元构成厂棚的全部或部分主体。如图１所示，过滤单元100可以是设置在厂棚框架上的主体，也可以设置在厂棚主体的非承重部分。所述过滤单元至少包括含有银离子和/或银纳米线成分的纳米纤维膜200，能够基于更细小的孔径来过滤颗粒，尤其是病毒颗粒。过滤单元更有利两侧的空气交互，同时拦截厂棚内的空气污染环境，也能够有效避免病毒进入厂棚内。

如图１所示，至少一个空气循环装置设置有至少一个含有银离子和/或银纳米线成分的纳米纤维膜200。至少一个空气循环装置以贯穿过滤单元的方式设置。优选的，空气循环装置例如是风机、空气泵等等能够促进空气流通的装置。

本发明的纳米纤维膜200中，导电主体是银。银表面一方面遇水易生成一价银离子Ag⁺，另一方面在空气中易氧化生成氧化银AgO，而在水的作用下，氧化银水解可生成二价银离子Ag²⁺及氢氧根。两种银离子可与菌体中的酶蛋白迅速结合，使酶丧失活性，破坏生物分子的新陈代谢过程。反应过后，一部分银离子从死亡菌体中游离出来，继续进行杀菌，同时亦有部分银离子留存在死亡菌体中，以“银-生物分子”复合物的形式存在。随着与菌体的不断接触，银离子不断被损耗，因此银被氧化生成银离子的反应不断进行以实现化学平衡，银含量亦随之降低。由于纳米纤维膜200中导电主体是银，随着银氧化程度增加及银含量的逐渐减少，其导电性呈现逐渐下降的趋势，杀菌效率亦将呈现下降趋势。因此，通过若干测试能够得到电性能参数与银氧化程度的关系。银氧化程度也能够反应银损耗程度。银氧化程度与杀菌效率存在相关关系，相关系数可通过测试得到。相关关系符合Ａ＝xB的模式，ｘ的具体值由测试获得。进一步地，空气中存在的二氧化硫与二氧化氮容易在空气中反应并与细小颗粒物结合形成硫酸烟雾、光化学烟雾等酸性烟雾。酸性烟雾在经过纳米纤维膜200后，容易将银氧化，继而降低薄膜导电性。通过在一定时间内对纳米纤维膜200的电性能系数变化的检测，能够评估空气质量的参数或者等级。

因此，纳米纤维膜200能够对空气中的病毒、细菌等细颗粒物进行检测，通过病毒对银纳米线的银氧化程度或者损耗程度确定纳米纤维膜200对空气的杀菌效率参数。杀菌效率参数越高，通过纳米纤维膜200的空气质量参数越高。因此，本发明通过对银纳米纤维膜200的过滤状态的监测来进行空气质量的监测。

优选的，纳米纤维膜200中的银离子或者银纳米线可以按照一定的比例设置。纳米纤维膜200中的银离子或者银纳米线可以同时存在，银离子与银纳米线的比例可以根据需要进行设置。如此设置的优势在于，通过调节银离子或者银纳米线的配比，能够构造不同过滤参数和杀菌效率参数的纳米纤维膜200或者空气质量监测传感器以及空气防尘管理系统，即构造出不同使用寿命的纳米纤维膜200，进而应用到不同的空气防尘场所。例如，对于空气污染大、粉尘浓度高、或者施工工地等人员密集场所，适用于银离子或者银纳米线比例高、使用寿命长的纳米纤维膜200构成的空气防尘管理系统。对于空气污染较小、粉尘较少的居家环境或者教室、会议室，使用于银离子或者银纳米线比例较低、使用寿命一般的纳米纤维膜200构成的空气质量监测传感器。

本发明的数据处理单元基于由所述数据采集单元采集的所述纳米纤维膜200的银结构部分的电性能参数来计算与空气质量参数相关的所述纳米纤维膜200的过滤状态参数，从而基于所述过滤状态参数评估过滤后的空气质量参数。针对现有技术中无法对空气过滤网的使用寿命进行监测和预测的问题，以及在不使用专用的空气质量传感器的情况下无法对过滤后的情况质量进行检测的问题，本发明通过对过滤空气的含银的纳米纤维膜200的导电性能的监测，来计算和分析过滤后的空气质量，实现了纳米纤维膜200和空气质量的一体式监测和检测。

优选的，所述系统还包括控制单元500，所述控制单元500与至少一个数据采集单元300和/或至少一个数据处理单元400连接。控制单元优选为能够进行数据关联、逻辑运算、发送控制指令的专用集成芯片、单片机、服务器或服务器集群。所述控制单元基于所述数据处理单元发送的纳米纤维膜200的银氧化程度参数和/或洁净程度参数以自适应的方式调节空气循环单元中至少一个空气循环装置的启动数量和通风参数。随着银氧化程度的增加和灰尘累积的增加，银的杀菌效率和洁净程度会弱化，本发明通过对空气循环装置的数量和工作参数进行调节，能够进一步维持空气质量的稳定，避免空气质量的降低。

优选的，所述控制单元基于所述纳米纤维膜200的银氧化程度参数和/或洁净程度参数的曲线变化率来调节设置于所述纳米纤维膜200空气流动上游或空气流动下游的至少一个辅助过滤组件、除湿组件和/或调速组件的启动及其工作参数直至空气质量参数恢复至空气质量阈值范围内。例如，在纳米纤维膜200的两端分别设置粗滤膜，对大颗粒粉尘进行初步过滤，有利于减少银氧化程度的速度并延长纳米纤维膜200的使用寿命，从而延长空气质量监测传感器的监测时间。例如，设置强制性除湿组件，保持纳米纤维膜200的干燥度来降低银氧化的速度。例如，在纳米纤维膜200的灰尘累积至一定阈值的情况下，启动调速组件来增加风速，从而促进空气的流通以及减少灰尘的累积。辅助过滤组件、除湿组件和/或调速组件的设置，有利于排除普通颗粒对银的杀菌效率和过滤病毒的干扰，有效性延长优质空气的过滤时间，即延长纳米纤维膜200的寿命。

优选的，在所述纳米纤维膜200施加电压的情况下，所述数据处理单元基于由电性能参数变化曲线确定对应的所述纳米纤维膜200的过滤状态参数来评估空气质量参数。对于直流电压，具有导电性能的银离子或者银纳米线的电流既流过导体的中心，也流过导体的表面。因此，银纳米线的电阻、电流、电压能够直接测定，以电阻、电流、电压相关的其他电性能参数也能够得到。通过电性能参数例如电阻的测量，将电阻变化与杀菌效率参数的对应关系以及电阻变化与洁净程度的对应关系进行测试校准，即可根据电阻值变化确定更换纳米纤维膜200的时机。

优选的，通过制备不同直径的单根纤维，纳米纤维膜200的孔径可以在较大范围内进行调控。例如，银纳米线的直径可低至50纳米0.05微米，由该直径的银纳米线制备的纳米纤维膜200，其孔径可低于0.1微米，实现对0.1-0.3微米的细颗粒物的过滤。即纳米纤维膜200的孔径范围不大于0.1微米。如此设置的优势在于，足够小的孔径能够有效阻挡直径大概0.1-0.3微米的细颗粒物。细颗粒物包括灰尘以及病毒颗粒，实现病毒过滤的功能。通过调节纳米纤维膜200的孔径，来实现过滤单元中纳米纤维膜200和空气循环装置中纳米纤维膜200的不同过滤效果的设置。

通过直流电压能够采集的电性能参数的种类少于交流电压能够采集的电性能参数的种类。在所述纳米纤维膜200施加交流电压的情况下，所述数据处理单元400基于与趋肤效应相关的至少一个电性能参数和/或者电磁感应参数的曲线变化确定与评估过滤能力相关的所述纳米纤维膜200的氧化程度参数和/或洁净程度参数。交流电还能够产生电感、电容，能够产生满足的电性能参数的测量方式，从而使得电性能参数的测量更容易与使用环境相匹配和适应，进一步减少匹配形成的误差和干扰。

本发明中的趋肤效应又叫集肤效应，当交变电流通过导体时，电流将集中在导体表面流过。是电流或电压以频率较高的电子在导体中传导时，会聚集于总导体表层，而非平均分布于整个导体的截面积中。例如，在直流电路中，均匀导体横截面上的电流密度是均匀的。但当交流电流通过导体时，随着频率的增加，在导体横截面上的电流分布越来越向导体表面集中，所以，接在导体表皮上的小灯泡比接在导体中间的小灯泡要亮的多，这种现象就叫做趋肤效应。

因此，在纳米纤维膜200的两端为交变电流的情况下，其与趋肤效应相关的电性能参数及其变化能够监测到。纳米纤维膜200中的银纳米线设置成空心结构也不影响其导电性能。因为银离子钝化率先发生在表面，所以利用趋肤效应能够更为快速准确判断银的氧化程度。

本发明纳米纤维膜200中的银纳米线包括具有空心结构的银纳米线和/或非空心结构的银纳米线。空心结构的银纳米线有利于在交流电流通过的情况下根据趋肤效应原理获得纳米纤维膜200的相关的电性能参数，有利于节省银材料的使用。空心结构的银纳米线的空腔内又可以根据需要填充其他结构的导电材料或者非导电材料。

相对于直流电压，采用交流电施加电压的优势还在于，直流电是单向的，正负极不能互换，其电性能参数容易由于测试的方式以及测试的方向存在较大的数据误差，使得数据不准确。交流电压两端的交流电是大小和方向都随时间做周期性变化的，而交流电没有正负极，不存在单向电流的情况下测量电性能参数不准确的缺陷。采用交流电电压，不仅日常更容易设置电源，而且在电流变化的情况下测得的电性能参数准确，不容易受到客观测试条件的干扰而产生较大的数据误差。相对于空心结构的银纳米线，采用交流电压来进行测量，空心结构的电容电压更稳定，受到氧化程度的杂质干扰更小。直流电压相对于空心结构的银纳米线存在较大的电流不稳定性，得到的电性能参数不准确高。优选的，银纳米纤维膜的交流电压范围为２～20V，更容易测到电性能参数，更容易获取电性能参数与银氧化程度或洁净程度的相关关系，使得纳米纤维膜200的使用寿命预测以及空气质量评估更准确。

优选的，所述数据采集单元还包括湿度传感器。在所述湿度传感器的湿度参数达到湿度阈值或所述数据采集单元采集的电性能参数变化异常的情况下，所述控制单元以使得所述纳米纤维膜200的湿度参数降低至指定校准阈值以下的方式调节至少一个除湿组件的工作参数。对于大型的施工工地的厂棚，经常设置喷淋装置或雾化装置等加湿装置来进行降尘，使得空气中的灰尘快速沉降。该种方式有利于减少纳米纤维膜200上的灰尘累积，但是同时湿度较大对纳米纤维膜200也存在加剧银氧化速度的现象。因此，湿度传感器的设置以及湿度参数的采集就显得很有必要。在湿度参数大于设定阈值的情况下或者湿度参数快速增长的情况下，通过调节除湿组件来加大除湿力度，提高除湿效率来维持纳米纤维膜200的干燥度，使得纳米纤维膜200中的银离子或银纳米线能够对于杀菌效率进行主要贡献，为厂棚内提供无菌的空气，提供工人所处环境的健康质量。

优选的，所述数据采集单元至少还包括采集所述纳米纤维膜200的振动参数的振动采集组件，在所述纳米纤维膜200处于工作状态的情况下，所述数据处理单元基于所述振动采集组件发送的振动参数来评估所述纳米纤维膜200的第二洁净程度参数和/或风阻参数。所述控制单元基于由纳米纤维膜200的氧化程度参数评估的第一洁净程度参数与由纳米纤维膜200的振动参数评估的第二洁净程度参数的相差值来进行所述数据采集单元的数据校准。，通过共振的振动参数获得的纳米纤维膜200的第二洁净程度参数能够作为通过电性能参数确定的第一洁净程度参数的参考数据。在第一洁净程度参数与第二洁净程度参数的差值超过设定阈值的情况下，数据处理单元400重新选择电性能参数来确定第一洁净程度参数的数值，从而保证监测数据的准确性，提高空气质量监测传感器的准确率和敏感程度。

实施例２

本发明还提供一种空气质量检测系统，至少包括空气循环装置、过滤单元、数据采集单元和数据处理单元，所述过滤单元至少包括含有银离子和/或银纳米线成分的纳米纤维膜200，所述过滤单元设置于所述空气循环装置的空气流动管道中。所述数据处理单元基于由所述数据采集单元按照设定的时间间隔采集的所述纳米纤维膜200的银结构部分的电性能参数来计算与空气质量参数相关的所述纳米纤维膜200的过滤状态参数，从而基于所述过滤状态参数评估过滤后的空气质量参数。

与现有技术中采集不同空气成分来进行空气质量检测的装置相比，本发明的空气质量检测系统通过对纳米纤维膜200中的银进行电性能参数的检测来获得氧化程度和洁净程度，从而能够有效评估出过滤后的空气质量。本发明只需要和空气系统相结合，设置在空气系统的室内空气的进气口就能够检测通入空气的空气质量。本发明不需要设置若干的传感器，也不需要知晓空气的具体气体成分，因此本发明的体积较小、质量较轻且成本低廉。本发明还能够对通过的空气进行病毒杀菌，使得通过空气质量检测装置的空气有利于人体健康。本发明能够与建筑物内的空气系统、安全系统、监控系统、电力系统等等进行数据连接，便于管理人员的综合管理，保证施工厂棚内、建筑物内的空气质量，提高建筑物内的生活质量。

优选的，所述系统空气质量检测系统还包括控制单元，所述控制单元与至少一个数据采集单元和/或至少一个数据处理单元分别连接，所述控制单元基于所述数据处理单元发送的纳米纤维膜200的银氧化程度参数和/或洁净程度参数以自适应的方式调节空气循环单元中至少一个空气循环装置的启动数量和通风参数。有利于基于银氧化程度的空气质量降低来再次调控空气的整体质量。多个位置的空气循环装置的设置的综合调控，能够弥补单一空气循环装置的空气质量降低的情况，维持空气质量的稳定。

本发明的空气质量检测系统中，所述控制单元基于所述纳米纤维膜200的银氧化程度参数和/或洁净程度参数的曲线变化率来调节设置于所述纳米纤维膜200空气流动上游或空气流动下游的至少一个辅助过滤组件、除湿组件和/或调速组件的启动及其工作参数直至空气质量参数恢复至空气质量阈值范围内。氧化程度参数和/或洁净程度参数的曲线变化率增大，说明氧化程度加快，洁净程度快速降低，设置辅助过滤组件、除湿组件和/或调速组件有利于延缓银氧化的速度，使得纳米纤维膜200的银重点进行杀菌，在延长使用寿命的同时也提高了空气质量的检测敏感性。

优选的，本发明的空气质量检测系统中，在所述纳米纤维膜200施加电压的情况下，所述数据处理单元基于由电性能参数变化曲线确定对应的所述纳米纤维膜200的过滤状态参数来评估空气质量参数。

在所述纳米纤维膜200施加交流电压的情况下，所述数据处理单元400基于与趋肤效应相关的至少一个电性能参数和/或者电磁感应参数的曲线变化确定与评估过滤能力相关的所述纳米纤维膜200的氧化程度参数和/或洁净程度参数。直流电源也能够实现本发明的空气质量检测。但是在现实生活中，使用交流电压更方便，不需要进行电压变换且能够保障纳米纤维膜200中电压测试的稳定性，其优势比直流电压更明显。因此优选交流电压来进行通电并采集电性能参数。

优选的，向纳米纤维膜200施加的测试用交流电压直接取自于空气循环单元，而不是设置独立供电机构。这之所以有利，是因为在加载测试用交流电压之时，空气循环单元通常应当设置处于停用状态，而空气循环单元所用的交流电机所需要的电参数（如电压和波形）与测试电源所期待的电参数极为接近。况且，测试用交流电压也需要PWM脉宽调制，检测纳米纤维膜200的频率响应情况，用于判断其老化特性；而空气循环单元所用的交流电机在调速时所用到的所有控制部件的控制方式都是很成熟的，利于本发明低成本高精度快速生产。

优选的，所述数据采集单元还包括湿度传感器，在所述湿度传感器的湿度参数达到湿度阈值或所述数据采集单元采集的电性能参数变化异常的情况下，所述控制单元以使得所述纳米纤维膜200的湿度参数降低至指定校准阈值以下的方式调节至少一个除湿组件的工作参数。由于在评价含银纳米纤维膜200的趋肤效应参数时，空气湿度对于参数波动有着较大影响。提高电性能参数的准确判断度，特别是含银纳米纤维膜200表面湿度的准确判断是一项高精度的技术挑战。为此，本发明除了在空气流动上游或空气流动下游设置常规的除湿组件之外，还在气流路径上紧邻含银纳米纤维膜200的上游设有可依需要介入的强制除湿组件。该强制除湿组件不仅可以定时介入到含银纳米纤维膜200的上游气流之中，用于消除纤维膜上的积聚潮气，以延长其使用寿命，还能够在校准时在干燥度更高的环境下进行二次校准，排除外部湿度因素干扰获得更准确的数据。

本发明的空气质量检测系统中，所述数据采集单元至少还包括采集所述纳米纤维膜200的振动参数的振动采集组件，在所述纳米纤维膜200处于工作状态的情况下，所述数据处理单元基于所述振动采集组件发送的振动参数来评估所述纳米纤维膜200的第二洁净程度参数和/或风阻参数。本发明的空气质量检测系统中，所述控制单元基于由纳米纤维膜200的氧化程度参数评估的第一洁净程度参数与由纳米纤维膜200的振动参数评估的第二洁净程度参数的相差值来进行所述数据采集单元的数据校准。同样，风阻参数可以作为洁净程度的参照数据。若风阻参数的变化趋势与洁净程度的变化趋势呈相反趋势且变化率相似，说明纳米纤维膜200上的灰尘累积程度是一致的。本发明能够将由振动参数评估的洁净程度参数与由电性能参数确定的洁净程度参数形成互相参照数据，有利于发现数据的突变异常，从而执行数据的校准程序。例如在数据异常的情况下、数据采集单元和数据处理单元分别进行校准。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种基于纳米纤维膜的空气过滤系统，其特征在于，至少包括：

过滤单元（100）：至少包括含有银离子和/或银纳米线成分的纳米纤维膜（200）；

数据采集单元（300）：用于采集所述纳米纤维膜（200）的电性能参数；

数据处理单元（400）：用于在所述纳米纤维膜（200）施加交流电压的情况下，基于与趋肤效应相关的至少一个电性能参数和/或者电磁感应参数的变化曲线确定所述纳米纤维膜（200）的氧化程度参数和/或洁净程度参数；

控制单元（500）：用于基于所述纳米纤维膜（200）的氧化程度参数和/或洁净程度参数调节设置于所述纳米纤维膜（200）空气流动上游或空气流动下游的至少一个辅助过滤组件、除湿组件和/或调速组件的启动及其工作参数空气的过滤状态。

2.根据权利要求1所述的基于纳米纤维膜的空气过滤系统，其特征在于，所述纳米纤维膜（200）中的银纳米线包括具有空心结构的银纳米线，

在所述纳米纤维膜（200）施加交流电压的情况下，所述数据处理单元（400）将具有空心结构的银纳米线的电性能参数发送至控制单元（500），所述控制单元（500）基于电性能参数变化确定更换所述纳米纤维膜（200）的时机。

3.根据权利要求2所述的基于纳米纤维膜的空气过滤系统，其特征在于，所述数据采集单元（300）还包括湿度传感器，

在所述湿度传感器的湿度参数达到湿度阈值或所述数据采集单元（300）采集的电性能参数变化异常的情况下，所述控制单元（500）以使得所述纳米纤维膜（200）的湿度参数降低至指定校准阈值以下的方式调节至少一个除湿组件的工作参数。

4.根据权利要求3所述的基于纳米纤维膜的空气过滤系统，其特征在于，在所述纳米纤维膜（200）施加直流电压的情况下，

所述数据处理单元（400）基于由所述数据采集单元（300）监测的至少一个电性能参数及其变化曲线来确定所述纳米纤维膜（200）的氧化程度参数和/或洁净程度参数。

5.根据权利要求4所述的基于纳米纤维膜的空气过滤系统，其特征在于，所述数据采集单元至少还包括采集所述纳米纤维膜（200）的振动参数的振动采集组件，

在所述纳米纤维膜（200）处于工作状态的情况下，所述数据处理单元（400）基于所述振动采集组件发送的振动参数来评估所述纳米纤维膜（200）的第二洁净程度参数和/或风阻参数。

6.根据权利要求5所述的基于纳米纤维膜的空气过滤系统，其特征在于，所述控制单元基于由纳米纤维膜（200）的氧化程度参数评估的第一洁净程度参数与由纳米纤维膜（200）的振动参数评估的第二洁净程度参数的相差值来进行所述数据采集单元的数据校准，

在第一洁净程度参数与第二洁净程度参数的差值超过设定阈值的情况下，所述数据处理单元（400）重新选择电性能参数来确定第一洁净程度参数的数值。

7.一种基于纳米纤维膜的空气过滤方法，其特征在于，所述方法至少包括：

采集含有银离子和/或银纳米线成分的纳米纤维膜（200）的电性能参数；

在所述纳米纤维膜（200）施加交流电压的情况下，基于与趋肤效应相关的至少一个电性能参数和/或者电磁感应参数的变化曲线确定所述纳米纤维膜（200）的氧化程度参数和/或洁净程度参数；

基于所述纳米纤维膜（200）的氧化程度参数和/或洁净程度参数调节设置于所述纳米纤维膜（200）空气流动上游或空气流动下游的至少一个辅助过滤组件、除湿组件和/或调速组件的启动及其工作参数空气的过滤状态。

8.根据权利要求7所述的基于纳米纤维膜的空气过滤方法，其特征在于，所述方法还包括：

所述纳米纤维膜（200）中的银纳米线包括具有空心结构的银纳米线，

在所述纳米纤维膜（200）施加交流电压的情况下，基于具有空心结构的银纳米线电性能参数变化确定更换所述纳米纤维膜（200）的时机。

9.根据权利要求8所述的基于纳米纤维膜的空气过滤方法，其特征在于，

在湿度传感器的湿度参数达到湿度阈值或采集的电性能参数变化异常的情况下，以使得所述纳米纤维膜（200）的湿度参数降低至指定校准阈值以下的方式调节至少一个除湿组件的工作参数。

10.根据权利要求9所述的基于纳米纤维膜的空气过滤方法，其特征在于，所述方法还包括：

在所述纳米纤维膜（200）施加电压的情况下，基于由电性能参数变化曲线确定对应的所述纳米纤维膜（200）的银的氧化损耗速度。