陳子禾

摘要：酷熱夏季，空調(diào)的頻繁使用使許多人一不小心得了空調(diào)病，同時(shí)空調(diào)的使用也進(jìn)一步惡化著地球氣溫和環(huán)境，風(fēng)扇的使用越來(lái)越成為環(huán)保和健康消暑降溫的首選。本文通過(guò)對(duì)封閉空間降溫風(fēng)扇設(shè)計(jì)的研究，認(rèn)為通過(guò)對(duì)葉子風(fēng)扇的改造，設(shè)計(jì)成封閉式工作空間，增加節(jié)流和安全系數(shù)，并通過(guò)鼓風(fēng)口增壓，提供強(qiáng)勁出風(fēng)動(dòng)力，起到降溫的良好效果。

關(guān)鍵詞：風(fēng)扇；降溫；封閉空間；節(jié)流；增壓

如今的夏季似乎越來(lái)越熱，室外太陽(yáng)底下熱浪滾滾，連風(fēng)兒都是熱的，人們通常喜歡躲在封閉的空調(diào)房?jī)?nèi)不愿意外出，然而長(zhǎng)時(shí)間呆在空調(diào)間里，會(huì)使人感覺非常不舒服，有些人群直接就被得空調(diào)病了，更多的人群喜歡自然清涼的風(fēng)來(lái)驅(qū)散人體的熱量，因此更多的降溫電扇成為健康生活的新寵。本文就是關(guān)于封閉空間降溫風(fēng)扇的一種設(shè)計(jì)研究初探，希望通過(guò)科技可以改善生活，提高生活品質(zhì)，給降溫電扇的發(fā)展提供一種新的思維和設(shè)計(jì)途徑，有不當(dāng)之處請(qǐng)專家及讀者多多原諒。

1.目前電扇設(shè)計(jì)的基本情況

1.1普通電扇

普通電扇的基本工作原理就是通過(guò)特定順序繞制的線包作為電機(jī)定子，然后通電產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)來(lái)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，最后通過(guò)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子帶動(dòng)風(fēng)葉旋轉(zhuǎn)來(lái)推動(dòng)空氣流通。配置三個(gè)基本功能：調(diào)速、搖頭以及定時(shí)。

家用電扇：常見的有臺(tái)扇、落地扇、吊扇等，家用的電扇相對(duì)電機(jī)功率較小，葉子較小，葉子數(shù)量3片居多，給風(fēng)緩和，風(fēng)感體驗(yàn)柔和輕緩。

工業(yè)電扇：排風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、大吊扇等，相對(duì)家用的電扇而言，電機(jī)功率大，葉子較大，葉子數(shù)量4-5片，噪音較大，風(fēng)感體驗(yàn)強(qiáng)勁有力。

1.2新型電扇

普通電扇設(shè)計(jì)已經(jīng)非常成熟，也很人性化，但由于此類設(shè)計(jì)科技含量相對(duì)當(dāng)今科技發(fā)展進(jìn)步而言略顯低級(jí)，且逐漸落后于當(dāng)今人們對(duì)生活品質(zhì)的需求體驗(yàn)，因此市場(chǎng)上逐漸出現(xiàn)了一些符合時(shí)尚個(gè)性化的體驗(yàn)更好的新型電扇。

無(wú)葉風(fēng)扇：又稱空氣增倍機(jī)，它的特點(diǎn)是外部沒有葉片，除塵方便，安全系數(shù)大大提高，可以避免傷到好奇兒童的手指，節(jié)能。無(wú)葉風(fēng)扇的風(fēng)最開始是由基座中的渦輪風(fēng)扇，抽取底座旁的空氣，通過(guò)圓環(huán)中間的1毫米寬的細(xì)微風(fēng)槽以55英里的時(shí)速吹出來(lái)，夾帶著周邊的空氣一起向前，并通過(guò)出風(fēng)負(fù)壓原理將后方更多的空氣加入以平衡氣壓，增大風(fēng)量，可以達(dá)到渦輪風(fēng)扇本身抽取量的15倍。雖然無(wú)葉風(fēng)扇能產(chǎn)生自然持續(xù)的風(fēng)，還可以自由調(diào)整俯仰角、遙控控制、液晶顯示室內(nèi)溫度及日期時(shí)間，在設(shè)計(jì)上更容易操作，更具人性化。但由于該類電扇的出風(fēng)特性造成，讓人實(shí)際感受到的真正的風(fēng)量風(fēng)速并不是那么大，它的節(jié)能完全是因?yàn)榻o風(fēng)原理所限制造成的，是由犧牲風(fēng)量風(fēng)速換來(lái)的。網(wǎng)上也有許多購(gòu)買無(wú)風(fēng)風(fēng)扇的消費(fèi)者評(píng)論，說(shuō)風(fēng)吹起來(lái)像是空調(diào)風(fēng)一樣，過(guò)于綿柔無(wú)法驅(qū)除熱量，且又沒有空調(diào)風(fēng)的溫度，起不到瞬間降溫的作用。

噴霧風(fēng)扇：是一種目前最流行的戶外制冷系統(tǒng)或開放開闊式室內(nèi)用制冷系統(tǒng)。目前市場(chǎng)上主要有兩種噴霧風(fēng)扇，一種是離心式噴霧風(fēng)扇，另一種是高壓噴嘴式噴霧風(fēng)扇。離心式噴霧風(fēng)扇，是利用離心力將在旋轉(zhuǎn)碟和霧粒噴散裝置作用下的超微小的水霧，通過(guò)強(qiáng)力風(fēng)扇吹出的氣流向四周空間擴(kuò)散水霧，并通過(guò)水蒸發(fā)降溫原理來(lái)降低周圍溫度。高壓噴嘴式噴霧風(fēng)扇則是利用高壓噴嘴產(chǎn)生微霧，霧滴直徑小于10微米，蒸發(fā)表面積大大提高，微霧通過(guò)強(qiáng)力風(fēng)扇吹出的氣流，極大的提高了液體表面風(fēng)速，加快了氣體分子的擴(kuò)散，從而達(dá)到吸收熱量，降低溫度的作用。它們共同的優(yōu)勢(shì)是提高空氣相對(duì)濕度，減少粉塵，凈化空氣，降溫效果明顯。但不適合需要干燥環(huán)境的封閉式的室內(nèi)空間中使用。

2.封閉空間降溫風(fēng)扇的基本構(gòu)成

本文研究的封閉空間降溫風(fēng)扇由動(dòng)力模塊、節(jié)流模塊和增壓模塊三大模塊構(gòu)成。

2.1動(dòng)力模塊：動(dòng)力模塊由電動(dòng)機(jī)和葉扇組成，電動(dòng)機(jī)通220v 50Hz交流電帶動(dòng)葉扇轉(zhuǎn)動(dòng)，葉扇轉(zhuǎn)動(dòng)使葉扇前后產(chǎn)生壓力差，于是產(chǎn)生風(fēng)力，風(fēng)力再次在節(jié)流罩前后產(chǎn)生壓力差，這壓力差就是降溫動(dòng)力。

2.2節(jié)流模塊：主要部件是節(jié)流罩，罩于風(fēng)扇外面，其形狀由漏斗型的的多個(gè)出風(fēng)口構(gòu)成，進(jìn)風(fēng)口口徑大，出風(fēng)口口徑小，空氣進(jìn)入節(jié)流罩時(shí)壓力變大，排出壓力罩后壓力變小，通過(guò)壓力差以達(dá)到降溫目的，節(jié)流罩的五個(gè)出風(fēng)口可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)改變其大小口徑，來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量和降溫的溫度，

2.3增壓模塊：葉扇外圍至鼓風(fēng)方向延伸20cm處設(shè)施擋板，其作用是防止風(fēng)扇鼓出的空氣因壓力變大而散逸，使風(fēng)扇效果更為顯著，風(fēng)扇。

如圖所示，該風(fēng)扇外觀獨(dú)特具有視覺沖擊力，結(jié)構(gòu)巧妙牢靠，幾大模塊分工明確，便于拆洗，易于更換維護(hù)，故障率低，制造成本也并不高于普通風(fēng)扇。

3.封閉空間降溫風(fēng)扇的工作原理

封閉空間降溫風(fēng)扇的葉扇通過(guò)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)將空氣鼓入節(jié)流罩，由于節(jié)流罩進(jìn)風(fēng)口大出風(fēng)口小，且鼓進(jìn)與鼓出的空氣所需量相等，所以鼓出空氣的流速將比鼓入空氣的流速大，所以會(huì)由大量空氣鼓入節(jié)流罩而生成的相對(duì)于罩子外更高的氣壓來(lái)提供更大的流速，這個(gè)過(guò)程就是節(jié)流過(guò)程。氣體通過(guò)節(jié)流罩之后氣壓減小，形成一個(gè)壓力差，這就是節(jié)流效應(yīng)產(chǎn)生效果的條件。由熱力學(xué)第一定律可知，對(duì)于封閉系統(tǒng)（類似于上文所述的密閉房間），熱力學(xué)第一定律可表達(dá)為Q=ΔU +W。因?yàn)檫^(guò)程中流體與外界無(wú)熱量交換，亦無(wú)凈功量的交換，如果保持流體在節(jié)流后的高度和流速不變，即無(wú)重力位能和宏觀動(dòng)能的變化（或變化小到可以忽略不計(jì)），則節(jié)流后流體的焓h2與節(jié)流前的焓h1相等，即h2 = h1。同時(shí)，因絕熱節(jié)流是不可逆的絕熱過(guò)程，節(jié)流后流體的熵必然增大，有s2 > s1。根據(jù)能量守恒定律，節(jié)流前后的流體內(nèi)部焓應(yīng)保持不變，焓的三部分能量：動(dòng)能、位能、流動(dòng)能，在節(jié)流后是有變化的。當(dāng)節(jié)流由于壓力降低，氣體體積膨脹，分子間距離增大，則使分子相互作用的位能增加。由于空分中的物料（空氣，氧氣，氮?dú)猓┒际强梢詨嚎s膨脹的，流動(dòng)能的變化相對(duì)較大，因此，位能的增加會(huì)造成動(dòng)能的減少，而分子運(yùn)動(dòng)動(dòng)能的大小表現(xiàn)為物體溫度的高低。節(jié)流后動(dòng)能減少，一般情況下，氣體溫度總是降低，所以吹出來(lái)的空氣相對(duì)于環(huán)境溫度是足足下降好幾攝氏度的。這種效應(yīng)也稱為節(jié)流冷效應(yīng)。而且節(jié)流前后氣壓差越大，節(jié)流的制冷量就越大。舉一個(gè)例子，將舌尖微微抵住牙齒留出小小的一條縫隙吹出來(lái)的風(fēng)就很涼爽，縫隙變大，風(fēng)的降溫效果就不那么明顯了。小縫隙所形成的壓強(qiáng)差大，大縫隙所形成的壓強(qiáng)差小，這就是為什么會(huì)有這種現(xiàn)象的原因。由這個(gè)條件通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)扇的風(fēng)力大小和節(jié)流罩出風(fēng)口大小可以分別調(diào)節(jié)出風(fēng)溫度和出風(fēng)量的大小使人感到舒適，達(dá)到類似空調(diào)的效果，這就彌補(bǔ)電風(fēng)扇不可調(diào)節(jié)溫度的缺點(diǎn)。總而言之本降溫風(fēng)扇綜合有空調(diào)的吹出空氣低溫的優(yōu)點(diǎn)和電風(fēng)扇風(fēng)力其中強(qiáng)盛的優(yōu)點(diǎn)，起到巨大的降溫效果。有人要問(wèn)，風(fēng)的降溫是由什么換得的，它的優(yōu)點(diǎn)肯定是由某一樣特性轉(zhuǎn)換而來(lái)的，其實(shí)它的低溫是由對(duì)于普通風(fēng)扇輻散的風(fēng)換得的，節(jié)流罩將風(fēng)集中，制造壓力差換得風(fēng)的低溫，將普通風(fēng)扇的劣勢(shì)轉(zhuǎn)換成優(yōu)勢(shì)，讓能量的效率更高。

4.封閉空間降溫風(fēng)扇的設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)

4.1安全性高

封閉空間降溫風(fēng)扇的工作環(huán)境是一個(gè)獨(dú)立的半封閉空間，既有普通風(fēng)扇的大風(fēng)力又有安全的封閉式保護(hù)罩，無(wú)級(jí)變速自由調(diào)控，外物不能輕易進(jìn)入。

4.2降溫

封閉空間降溫風(fēng)扇的內(nèi)部采用渦旋風(fēng)葉，給風(fēng)力度設(shè)計(jì)扭力可以同等普通風(fēng)扇，通過(guò)節(jié)流罩集中風(fēng)量增壓，出風(fēng)流速增大，降溫性能好。

4.3舒適性爽

空調(diào)的使用使許多人會(huì)感到不適，往往容易得空調(diào)病，而普通電扇的使用又覺得風(fēng)力不夠大，扇出的風(fēng)熱乎乎的，室內(nèi)溫度是多少，給出的風(fēng)溫也是多少，沒有降溫的感覺。而使用本封閉空間降溫風(fēng)扇，就會(huì)有一種舒適性爽的感覺，給出的風(fēng)溫會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于室溫，且給風(fēng)流動(dòng)性強(qiáng)勁。

4.4節(jié)能適用

先不說(shuō)那可怕的電費(fèi)和對(duì)環(huán)境造成的污染，光是它的購(gòu)買費(fèi)用和安裝成本就讓人大吃一驚，本封閉空間風(fēng)扇只對(duì)使用者單體降溫，所造成的無(wú)謂的浪費(fèi)少，而且見效快，相比于空調(diào)十分鐘后才出效果降溫風(fēng)扇的打開開關(guān)不足一秒的涼風(fēng)鼓出，實(shí)在是太過(guò)于迅速了?？照{(diào)的維護(hù)消耗也十分巨大，常常要消耗巨大的人力物力去清洗維修?？照{(diào)也不易于搬遷移動(dòng)，對(duì)于廚房這種高溫的地方對(duì)整個(gè)空間降溫于事無(wú)補(bǔ)，沒有人會(huì)在廚房安裝空調(diào)，這時(shí)候降溫風(fēng)扇的優(yōu)勢(shì)又體現(xiàn)出來(lái)了，它可以輕松帶進(jìn)廚房，而且直接將涼爽風(fēng)送至使用者體表而不是想盡辦法將灶臺(tái)熱氣溫度降低做無(wú)用功。

本封閉空間降溫風(fēng)扇適用性強(qiáng)，適合家庭、工廠企業(yè)、商場(chǎng)超市、學(xué)校醫(yī)院，在室內(nèi)室外都可以應(yīng)用，設(shè)計(jì)的產(chǎn)品可大可小，適合老人亦適合小孩的使用。

5.適用人群

酷愛低溫者，對(duì)于喜愛皮膚接觸涼爽空氣的人，電風(fēng)扇功率再大也滿足不了他們的要求，電風(fēng)扇給使用者營(yíng)造的最涼爽的體感溫度也只不過(guò)是房間內(nèi)的最低溫度。新型風(fēng)扇則是真正意義上的降低空氣溫度。

其次無(wú)葉風(fēng)扇目前市場(chǎng)價(jià)格高昂，其最大的優(yōu)勢(shì)就是防止小孩的手指被旋轉(zhuǎn)的葉片傷到，然而在節(jié)流罩的保護(hù)下本新型降溫風(fēng)扇也可以做到這一點(diǎn)。無(wú)葉風(fēng)扇所說(shuō)的安靜也是在風(fēng)力較小的情況下而言的，當(dāng)風(fēng)扇檔位調(diào)大風(fēng)扇的噪音就出現(xiàn)了。無(wú)葉風(fēng)扇所謂的無(wú)級(jí)調(diào)速，實(shí)在是雞肋不堪，本封閉空間降溫風(fēng)扇安裝無(wú)極變速才能真正發(fā)揮其變速最大功能。