机械创新及设计大赛-新型智能‘百叶’窗”说明书.docx

机械创新设计大赛说明书作品名称：“新型智能‘百叶’窗”设计团队：xxxxxxxxxxxxx指导老师: xxxxxxxxx联系人：xxxxxxxxxxx电话：xxxxxxxxxxxxx摘 要：教室里人口密度这么大，缺乏流通的空气会影响学生的健康和学习。尤其是冬季，学生怕冷，教室长时间封闭，空气质量容易下降，特别是CO2浓度和微生物含量容易超标。教室空气质量的下降影响学生健康，对呼吸系统的影响尤为明显，学生极易疲劳也是受教室空气质量下降的影响。关键字：窗户，自动控制，空气质量，“百叶”一.研制背景：1.1.通风问题在窗户紧闭的有限空间里，将导致空气污浊，细菌数增加，温湿度上升。教室空气污染主要污染物有：校舍改建装潢的装饰材料中的挥发性有机物甲醛等，建筑材料中的氡，粉笔灰等可吸入颗粒物，悬浮于空气中的致病微生物，过高浓度的二氧化碳等等。在新鲜空气中，二氧化碳的含量约为0．03％－0．04％，人能承受的二氧化碳浓度是1．5％以下。关于二氧化碳的室内空气中最大允许含量，目前，尚无统一规定，一般公认室内空气中二氧化碳浓度达0．1％以上时为污染。 上海市奉贤区中小学教室空气质量调查结果：寒冷季节教室内CO2体积分数由课前的0.081%逐节上升,至上午第4节课后达到0.197%。空气细菌总数课前为0.2个/cm^2,第4节课后上升至1.8个/cm^2;教室内可吸入颗粒物课前0.45mg/m^3,第4节课后为0.46mg/m^3;教室内温度课前为5.0℃,第4节课后保持为6.8℃;湿度课前为66.2%,第4节课后上升到75.0%。CO2体积分数、细菌总数课前与第1,2,3,4节课后的差异有统计学意义。医学专家表示：室内通风与不通风情况下的学生记忆力、反应速度、注意力集中程度及动作稳定程度都不同。教室空气二氧化碳浓度增大与学生疲劳有直接关系，学生正处于生长发育期，呼吸量按体重比比成人高许多，各种生理代谢十分旺盛，在教室内学习的时间又较长，长时间处于低氧高二氧化碳环境，严重的会有胸闷、气短、头晕、头疼等现象，并使机体免疫能力下降。增加了传染感冒的机会，也会使已有的感冒症状加重而难以治愈。容易患上哮喘等各种病症。《中小学校教室换气卫生标准 GB/T17226－1998》规定了中小学生的必要换气量、中小学教室的换气次数、室内空气二氧化碳 （ CO2）容许浓度、换气方式及换气制度。每换气一次，可清除室内空气中60％的有害气体。但由于大风，寒冷等原因，教室并不能做到及时换气。1.2.采光问题传统教室窗户存在采光问题。夏日户外光线强而且温度高，教室必须里里外外拉严窗帘，如此教室里必须开灯，打电扇。这样做既不有利于通风，也不节能环保，窗帘也容易被风刮起扰乱课堂秩序。冬季外界环境寒冷，学生通常不喜开窗，造成室内空气污浊，且光线透过玻璃后强度削弱，造成采光不足。另外，现代教学方式加入了ppt,word,网络等工具，所以常常需要用的投影仪，这样老师上课时经常要拉窗帘开窗帘，不方便且麻烦，容易打乱教师的教学顺序。针对上述问题，我们设计了一种“新型智能‘百叶’窗”。它传感器感应，控制电路控制，伺服电动机驱动及螺旋丝杠传动（具有自锁性能）等。使得窗户采光适应不同时间的太阳高度角，且不但能够在人工的轻巧控制下随意开关及调整开口的大小，更可以在天气达到设定的风雨级别时自动关闭，并可在一定程度上控制室内温度保持才人体感觉舒适的温度。二．设计方案2．1通风创意本设计结合百叶窗的设计，将传统玻璃设计成“百叶”样式下如图。室外空气流速快，气压低；室内空气流速慢，气压较之高，所以室内外将产生空气流动循环，外界环境中的空气可以源源不断的向室内补充，同时室内污浊的空气得以排出到外界。结果使教室内的空气得到了净化。对于冬季而言，我队设计在窗户上添加热电阻丝，温度控制在（40℃——45℃）可以加热由室外进入的冷空气，使室内外可以形成一个热循环。结果可以使室内空气得以净化的同时稍稍加热了室内温度。2．2 采光设计由电风扇转页得到灵感，我队设计的新型窗户可以通过旋转控制“百叶”的倾斜角度，以适应不同季节不同的太阳高度角，保证教室可以得到足够的适宜的光照。下图为传动示意图。 如下图，为满足采光需求与遮阳需求下“百叶”不同的展开方式。采光遮阳2．3遥控控制为了方便教师学生上课的需要，我队对新型窗户的转动，“百叶”的张开闭合，热电阻丝的开关等设计成遥控控制，用统一的开关，分路开关以及遥控器控制。2．4节能设计在对与玻璃的设计上，我队选取新颖材料——“半透明光伏发电玻璃”。不透明的太阳能电池像二明治一样加在两块玻璃面板中间,形成“玻璃-太阳能电池-玻璃”,是一种常见的结构（如右图）。这种类型的光伏组件可以被用在窗体系统中,例如,可以被用作窗体系统的外层,在允许自然采光的同时,又可以产生电能。通