近日，《北京晚报》“大学实验室”栏目，采访报道了我校环境与能源工程学院学生创新科技成果“轮刷湿式空气净化器”，该项目是在王文海老师的指导下，由环工101班龙昊川、乔宝文两位同学设计完成，曾获得2013年度北京建筑大学“鲁班杯”课外学术科技作品竞赛二等奖。报道全文如下：
空气净化器核心技术洗刷刷
最近接连不断的雾霾和空气重污染让空气净化器脱了销。无论是动辄上万元的进口大品牌，还是从生产冰箱、洗衣机、空调转行“半路出家”的民族工业产品，这些空气净化器的工作原理基本一致：多层过滤网、臭氧杀菌、负压吸尘正压送风……
来自北京建筑大学的龙昊川和同学对空气净化器进行了一次革新，他们独具匠心地设计出了一款轮刷式空气加湿净化器，用加水湿润后的毛刷在空气中不断转动，来吸附空气中的颗粒物，改善室内空气质量。龙昊川说，这款空气净化器的设计灵感正来自于大家熟悉的“鼻毛”。目前，同学们正在为这款轮刷式空气加湿净化器申报专利。
创意灵感
用“人工鼻毛”
过滤空气
龙昊川是北京人，家住海淀温泉，一个“上风上水”风景秀美的小镇。他告诉记者，小时候感觉北京的空气质量挺好，虽然冬春季节不时会有沙尘，但很少发生持续三四天的雾霾。2010年，龙昊川考入北京建工学院（后更名为北京建筑大学）环境工程专业，在学习中他了解了雾和霾的区别，明白了PM10和PM2.5。
去年1月，北京遭遇罕见的空气重污染过程。他知道，京津冀地区正在共同面临大气污染的难题，解决这一问题任重道远，绝非一朝之功，同时公众对于空气质量的期待正在越来越高。“我觉得改变大环境尚待时日，但改善室内小环境则是可以实现的。”龙昊川说，他当时就萌生念头，要设计一款经济实惠的空气净化器。
龙昊川把这一想法和同学交流，很快得到了响应。在导师的支持下，他们开始着手研制。研制前，龙昊川和同学对市场上在售的空气净化器做了一番调研，发现这些净化器主要分为两大类：被动式空气净化器（滤网净化类）和主动式空气净化器（无滤网净化类）。前者净化效果良好但是需要频繁更换价格昂贵的滤网；后者通过向空气中释放臭氧等具有杀菌效果的物质进行空气净化，但是在杀灭有害物质的同时，也带来了二次污染，影响人体健康。
“北京气候干燥，空气中浮尘较多，能不能制造一种既能改善空气湿度又能除去颗粒物的净化器呢？”同学们陷入了思索。在一次课题小组讨论时，导师提到“鼻毛作为人类和其他哺乳动物的第一屏障，过滤了不少大气中的有害颗粒物”。这一说法顿时激发了龙昊川和同学们的灵感：人类经过两百万年的不断进化，身上无数的毛发几经退化，而鼻毛还站在呼吸系统的最前端，由此可见，鼻毛对于我们人类乃至许多动物来说，都是一种重要的存在，它是一种自然选择的结果。这种自然选择的结果同样可以用于室内空气净化，“我们决定就做一个类似‘人工鼻毛’的空气净化器。”龙昊川说。
设计过程
十四根试管刷
模仿“鼻毛”
龙昊川说，从去年3月开始确定创意到最后产品定型。这件轮刷式空气加湿净化器花了他们两个月的时间。其中最大的难题在于选择合适的“鼻毛”以及确定机器净化空气的运行过程。
按照同学们的想法，这件空气净化器应当利用仿生学原理，让毛刷来模仿动物的鼻毛，毛刷转动、沾水后，空气不断流经湿润的毛刷，将其中的有害物质吸附到毛刷上，达到去除空气中粉尘等有害物质的作用，从而达到空气净化和加湿的目的。问题出现了，选择什么材料作为“鼻毛”呢？首先它吸水性不能太强，否则沾水后会过重。同时毛纤维又应具有良好吸附粉尘能力。大家把目光瞄准了实验室里常用的试管刷，长约8厘米，直径约3厘米，简单触水测试后发现表现非常出色，于是立即确定采用。
在运行原理上，他们在实验室里进行了反复实验，终于找到利用离心叶轮吸气，由毛刷进行吸附净化的办法。电机驱动离心叶轮由吸气口吸入空气，同时带动皮带轮转动使毛刷缓慢转动。空气在经过不断转动的毛刷时，空气中的尘土被湿润的毛刷吸附，随着转动的刷盘转至水槽，洗脱在水槽内，同时水会再次沾湿毛刷。湿润的空气从出口进入室内。
原理一旦确定，龙昊川和同学们立即行动，投入加工制作。他们找到了两块相同直径的PVC板，找厂家的工人师傅开14个插槽用于固定14根毛刷，以确保在转动中不会受离心力而脱落。为了确保机器有足够的出风量，他们专门设置了6个出气孔。左边4个矩形出气孔和下面两个圆形出气孔。出气孔的数量多保证在进风量很大的情况下，可以及时排出装置内的空气,有效地保证了空气的净化量。此外，为保证毛刷的转动速度不“超速”，他们选择了有调速功能的电机马达。
产品展示
每小时可净化
70至80平方米
记者注意到，这台轮刷式空气加湿净化器由两个主要部分组成。底部是一个长40厘米、宽30厘米、高30厘米的玻璃水箱，箱内水位高度接近25厘米。玻璃水箱上部是一个由14根试管刷组成的类似“螺旋桨”的装置，被一个玻璃罩扣住，最下部的两根试管刷浸入水下,“螺旋桨”内装有电机马达。扣住“螺旋桨”的玻璃罩一侧开了一个直径约10厘米的圆孔，正对马达的离心吸气叶轮。
接通电源后，“螺旋桨”以每分钟大约10圈的速度转动，声音非常小。手掌靠近玻璃罩，可以明显感受到一阵阵湿润的凉风吹出。“这就是净化系统开始工作了，叶轮通过那个圆孔将空气吸入玻璃罩内，试管刷在转动中吸附罩内空气中的脏东西，将其沉淀在水里，同时清爽的风从出风口被送出。”龙昊川说。大约半小时后，只见水箱里的水开始逐渐浑浊。运行一个小时后，水箱内可以看到明显的黑色沉淀物质，“这些就是空气里的脏东西。”龙昊川说。
他告诉记者，经过测试，这台空气加湿净化器的送风量每小时可以净化70至80平方米的室内空间，“我们还做过模拟，对室内可吸入颗粒物PM10的净化率能达到50%以上。PM10内包含了PM2.5，因此空气净化效果是不错的。”
远景期待
生产成本
可降至百元内
龙昊川说，目前市场上传统的空气加湿净化器均为除尘加湿两套系统集合而成，两套系统仅仅是简单组合在一块儿。如很多加湿净化器吸入空气后需先将空气净化，再将净化的空气加湿以达到设计效果。当两套系统任何一套出现问题时，设备均无法同时实现净化加湿的功能。而他们设计的空气加湿净化器则将除尘器和风机合为一体，结构更加紧凑,同时在功能上又可以做到相互独立。
龙昊川坦言，由于技术以及加工经费的制约，目前他们设计的空气加湿净化器更像是一个模型，有很多需要改进的地方。比如将外壳设计为半圆形有助于减少装置的体积；水箱改为Y形可以大大减少用水量；在水箱底部可开一排注水口，方便箱内水的替换和箱体清洁；用吸附能力更好的元件代替现在的试管刷，可以大大增加净化效果等。“为方便实验操作，我们采用了长轴风机，运转起来还是会产生一定的噪音，正式投入批量生产的话，可以改为使用短轴风机，那就真正可以做到无声净化了。”龙昊川说。
他告诉记者，他们设计制作这台加湿净化器，成本一共花了1000多元。其中最大的一项开支就是请厂家制作装置的人工费，“我们问过，如果能投入商用进行批量生产，成本也就100元左右。如果设计一些卡通造型的个性外壳，净化器会非常漂亮。”龙昊川说，他明白这样的空气净化器的效果不能和上万元的进口设备相提并论，但从低廉的价格和满足基本需求的空气净化能力这项“性价比”来说，这台机器已经做到了。
已经大四的龙昊川即将毕业，他选择了直接就业，不再读研。临近毕业，除了忙毕业设计和实习，龙昊川也惦记着自己和伙伴们的设计成果。“这两天我正在抓紧给这台机器申报专利。我希望它能作为一项好的科研成果投入使用，造福雾霾污染中的人们。”
文并图本报记者张航 J067
