改善車間環(huán)境新型系統(tǒng)的探索

　　(孫紅楠 華中科技大學(xué)材料學(xué)院 430074)

　　(董毅 南京邦納科技有限公司 210018)

　　摘要：本文主要探討了噴霧系統(tǒng)在鑄造車間的降溫、降塵等方面的應(yīng)用。從原理方面解釋了噴霧系統(tǒng)能夠提高車間環(huán)境舒適度的原因，對(duì)整套系統(tǒng)的組成及應(yīng)用方法進(jìn)行了介紹，并進(jìn)行了一定的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)。

　　關(guān)鍵詞： 噴霧系統(tǒng)，降溫，降塵，車間環(huán)境

　　近些年來，人們對(duì)自身生活環(huán)境的要求越來越高，對(duì)工作、生活環(huán)境的溫度、濕度、空氣清潔度都有了更高的要求。一批像空氣凈化器、水源凈化器等保健商品迎來了它們市場(chǎng)的高潮。而涉及到像車間這樣大的工作環(huán)境時(shí)，有些最基本的環(huán)境保障可能都有所缺陷。本文以鑄造行業(yè)入手探討可以改善車間環(huán)境的措施和方法，鑄造行業(yè)由于其相對(duì)惡劣的環(huán)境問題已經(jīng)產(chǎn)生招工困難的現(xiàn)象。其中特別突出的問題有粉塵污染問題，它不僅危害工人健康，變相造成用人成本增加，而且在一定程度上破壞儀器設(shè)備的精確度，影響產(chǎn)品質(zhì)量。另外，鑄造車間夏季多高溫悶熱，雖可以通過中央空調(diào)、鼓風(fēng)扇等手段降溫，但這些在設(shè)備前期及之后的應(yīng)用階段都有著很高的成本。

　　鑄造行業(yè)是機(jī)械制造業(yè)的基礎(chǔ)，對(duì)整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)狀況有著直接的影響力。上世紀(jì)末和本世紀(jì)初在我國興起消失模與V法鑄造技術(shù)，以其投資少，操作簡單，鑄件質(zhì)量較好、生產(chǎn)成本較低等優(yōu)勢(shì)迅速取代樹脂砂和傳統(tǒng)砂型鑄造，成為現(xiàn)代鑄造工藝的重要組成部分，但因消失模與V法鑄造都采用干砂造型的方法，不可避免的造成環(huán)境粉塵污染問題，尤其是生產(chǎn)車間彌散的細(xì)小SiO2粉塵正嚴(yán)重危害著工人的健康。

　　在工業(yè)應(yīng)用中，夏季溫度偏高，加之生產(chǎn)環(huán)境內(nèi)設(shè)備運(yùn)行熱輻射，環(huán)境溫度有時(shí)高達(dá)40℃以上，給作業(yè)人員帶來不舒適感，引起惡心、眩暈、中暑等嚴(yán)重后果。惡劣條件下的生產(chǎn)能力及生產(chǎn)質(zhì)量也明顯降低。改善作業(yè)環(huán)境，提高生產(chǎn)水平和生產(chǎn)質(zhì)量，已經(jīng)是一個(gè)不容忽視的問題。我們一直在尋找一種可以對(duì)車間環(huán)境進(jìn)行調(diào)節(jié)的方法，使得車間也能擁有適宜的環(huán)境。經(jīng)過前期的考察和經(jīng)驗(yàn)，利用噴霧的方法可以簡便地調(diào)節(jié)車間溫度場(chǎng)、濕度場(chǎng)，并對(duì)車間粉塵的沉降有一定作用。

　　1. 噴霧系統(tǒng)在降溫方面的應(yīng)用

　　噴霧系統(tǒng)在降溫領(lǐng)域，最早緣于國外，成熟于美國、西班牙、日本世博會(huì)，現(xiàn)成為國際上較流行的室外降溫方法。國內(nèi)在降溫領(lǐng)域的應(yīng)用從90年代開始嘗試，積累了較好的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，并大規(guī)模應(yīng)用于上海世博會(huì)及其它區(qū)域，效果明顯。噴霧降溫可以用于室內(nèi)降溫和室外降溫，可以用在工業(yè)中，也可以應(yīng)用于日常生活，在降溫的同時(shí)還能提高空氣的濕度，而這兩者都可以提高人的舒適度。

　　噴霧降溫方法采用以水為原料的純物理方式，以蒸發(fā)吸熱原理吸收環(huán)境熱量，降溫過程中不產(chǎn)生有害物質(zhì)，不對(duì)環(huán)境二次污染，降溫效果迅速，人體舒適度好。降溫終端將粒徑3-10µm的水霧顆粒由特制的高壓噴嘴噴出，在空氣中擴(kuò)散，擴(kuò)散過程中不斷被蒸發(fā)，并吸收該區(qū)域大量熱能，達(dá)到降溫目的。噴出的霧滴極細(xì)，不會(huì)在地面形成水漬或者造成空氣濕度過大而有水珠滴下，整個(gè)降溫區(qū)域不但降溫迅速，而且含有大量負(fù)離子，同時(shí)增加區(qū)域濕度，可調(diào)節(jié)到最佳人體舒適度。如圖1和圖2就是噴霧系統(tǒng)在人們生活中降溫方面的典型應(yīng)用。

　　用噴霧系統(tǒng)降溫、增濕不僅在于人們生活息息相關(guān)的方面有了很廣泛的應(yīng)用，在工業(yè)中通過噴霧的方法來降溫也已經(jīng)有所應(yīng)用。典型的像鑄造車間，利用噴霧的方法可以加快鑄件、砂箱等的冷卻速度，提高裝備的使用頻率，這樣就能一定程度上提高生產(chǎn)效率，如圖3所示。除此在工藝上的應(yīng)用之外，用噴霧方法來降溫增濕，調(diào)節(jié)車間環(huán)境也有所應(yīng)用，如圖4所示。雖然調(diào)節(jié)車間溫度場(chǎng)最有效最快速的方法是用中央空調(diào)等設(shè)備，但中央空調(diào)無論從前期的設(shè)備投資，還是從后期的運(yùn)行費(fèi)用來說，都要遠(yuǎn)遠(yuǎn)的高于使用噴霧降溫系統(tǒng)，噴霧系統(tǒng)成本只有中央空調(diào)的十分之一。盡管在降溫效果上還有一些差距，但在工藝性場(chǎng)合和惡劣的極端環(huán)境氣溫下，3-5℃的溫差，對(duì)于人體舒適度已經(jīng)有明顯感覺，作業(yè)人員的操作環(huán)境也有明顯的改善。

　　2. 噴霧系統(tǒng)在降塵方面的應(yīng)用

　　噴霧降塵是將水加壓并通過高效噴嘴噴出后霧化，形成許多高速運(yùn)動(dòng)的細(xì)小水滴，運(yùn)動(dòng)中的水滴與粉塵顆粒發(fā)生碰撞而結(jié)合在一起，顆粒因表面濕度增大，以及顆粒之間在表面水的作用下很容易相互聚集在一起形成大顆粒粉塵，使顆粒本體重量增大而加速下落，達(dá)到凈化空氣的效果。

　　利用噴霧的方法來降低空氣中粉塵顆粒的濃度在采礦業(yè)、裝卸場(chǎng)等場(chǎng)合已有所應(yīng)用，如圖5所示。而日本消失模鑄造典型企業(yè)木村公司在2005年就在車間內(nèi)全面采用水氣二流體噴霧降塵措施(如圖6所示)，取得了不錯(cuò)的效果。國內(nèi)鑄造行業(yè)內(nèi)利用噴霧系統(tǒng)降溫、除塵近兩年開始引起人們注意。

　　3. 噴霧系統(tǒng)在其它方面的應(yīng)用

　　噴霧系統(tǒng)除了在降溫、降塵這些的典型應(yīng)用外，它的應(yīng)用范圍在戶外更加廣泛，加濕、造景、降塵、除臭等。包括主題餐館、酒店和主公園、休閑度假村，競技場(chǎng)，網(wǎng)球場(chǎng)，高爾夫球場(chǎng)，廣場(chǎng)噴泉、瀑布、小區(qū)造景等。典型應(yīng)用如圖7、圖8所示：

　　民用舒適性環(huán)境中，為控制溫度，可以選擇用空調(diào)來實(shí)現(xiàn)。按照1匹空調(diào)制冷10平方米計(jì)算，每小時(shí)耗電約為735W*3≈2.2度。但在工藝性環(huán)境中，區(qū)域面積動(dòng)輒幾千甚至上萬平米，普通佛制冷空調(diào)的制冷量根本無法滿足如此巨大的作業(yè)面積。如果選擇中央空調(diào)系統(tǒng)來改善溫度，初期的設(shè)備投資和后期的運(yùn)行費(fèi)用巨大，也不現(xiàn)實(shí)，正是這樣的一種情形，孕育出了噴霧降溫的市場(chǎng)。下面對(duì)這兩種手段進(jìn)行具體條件下的運(yùn)行成本比較，如表1所示。

　　假設(shè)條件：工業(yè)廠房面積2000m²，環(huán)境氣溫40℃，要使溫度降低5℃。

　　工業(yè)用電0.85元/度，工業(yè)用水3.8元/度。

　　表1 中央空調(diào)與噴霧系統(tǒng)運(yùn)行成本比較(按每天24小時(shí)連續(xù)使用)

　　4. 噴霧系統(tǒng)具體組成

　　某個(gè)空間的噴霧量由空氣焓濕圖決定，焓濕圖橫坐標(biāo)代表空氣中含水的質(zhì)量(g)，縱坐標(biāo)代表溫度(℃)，圖中曲線即代表有著確切濕度的空氣，由此就可以推出，不同的溫度下若想要空氣達(dá)到理想的濕度需要向空氣中散播多少水量(g)。

　　噴霧設(shè)備是一種高效、節(jié)能的新型設(shè)備，它是利用物理原理，利用高壓柱塞泵將水加壓至7兆帕以上，再通過高壓管路系統(tǒng)傳送到高壓霧化噴嘴，形成3-10μm的微粒噴射到空氣中，水霧與空氣形成充分的熱濕交換，吸收熱量而被汽化，在空氣中完全被吸收，空氣因損失了顯熱而溫度下降，達(dá)到降溫目的，同時(shí)霧滴與空氣中粉塵顆粒碰撞而使得塵粒沉降，降低空氣中的粉塵含量。整套設(shè)備啟動(dòng)后，環(huán)境溫度瞬間可下降3-5℃，平均霧化1升水僅需6W的電能，節(jié)能明顯。雖然現(xiàn)在國內(nèi)的噴霧降溫技術(shù)還處在精確控制的研發(fā)階段，但從性價(jià)比和降溫效果上來看，尤其是在工藝性場(chǎng)合，該系統(tǒng)已經(jīng)具備了相當(dāng)大的優(yōu)勢(shì)。系統(tǒng)具體組成如圖9所示：

       圖9   高壓噴霧系統(tǒng)具體組成　　

　　系統(tǒng)的整體效能，取決于關(guān)鍵零部件的選用，一般采用工業(yè)級(jí)別的進(jìn)口品牌高壓柱塞泵，如韓國大和、德國SPECK、意大利AR、美國GIANT、臺(tái)灣WULI等，配置變頻器和壓力傳感器可恒定出水壓力，流量一般在120-180kg/h.再配以高品質(zhì)噴頭、管網(wǎng)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，噪音小于90分貝。

　　南京邦納科技有限公司生產(chǎn)的噴霧降溫機(jī)組，在電氣控制上配備了時(shí)序控制器，可通過主機(jī)面板任意設(shè)定噴霧時(shí)間間隔;也可通過傳感信號(hào)輸送主機(jī)電腦控制器，由變頻器控制恒壓系統(tǒng)，根據(jù)環(huán)境內(nèi)部的溫、濕度變化情況適時(shí)控制多個(gè)作業(yè)環(huán)境，無需人工值守，完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。系統(tǒng)設(shè)備在安裝時(shí)也非常便捷，管路采用高壓不銹鋼管或者PE管，只需在作業(yè)環(huán)境內(nèi)排布管路即可。所需水源為普通清潔自來水或凈化處理水，完全無毒無害，對(duì)環(huán)境無影響。

　　5. 結(jié)論

　　噴霧系統(tǒng)在室外的應(yīng)用已經(jīng)很廣泛，提供給人們更好的生活環(huán)境，美化生活。而經(jīng)由噴霧系統(tǒng)在車間進(jìn)行降溫、降塵、增濕，調(diào)節(jié)車間環(huán)境，提高環(huán)境的舒適度，能夠以一個(gè)比較低廉的成本取得一個(gè)比較好的效果。在鑄造車間的應(yīng)用這兩年開始引起人們注意，經(jīng)過一系列的數(shù)據(jù)采集和實(shí)驗(yàn)，可以說明噴霧系統(tǒng)是適合于調(diào)節(jié)鑄造車間環(huán)境的。