改善车间环境新型系统的探索

　　改善车间环境新型系统的探索

　　(孙红楠 华中科技大学材料学院 430074)

　　(董毅 南京邦纳科技有限公司 210018)

　　摘要：本文主要探讨了喷雾系统在铸造车间的降温、降尘等方面的应用。从原理方面解释了喷雾系统能够提高车间环境舒适度的原因，对整套系统的组成及应用方法进行了介绍，并进行了一定的现场实验。

　　关键词： 喷雾系统，降温，降尘，车间环境

　　近些年来，人们对自身生活环境的要求越来越高，对工作、生活环境的温度、湿度、空气清洁度都有了更高的要求。一批像空气净化器、水源净化器等保健商品迎来了它们市场的高潮。而涉及到像车间这样大的工作环境时，有些最基本的环境保障可能都有所缺陷。本文以铸造行业入手探讨可以改善车间环境的措施和方法，铸造行业由于其相对恶劣的环境问题已经产生招工困难的现象。其中特别突出的问题有粉尘污染问题，它不仅危害工人健康，变相造成用人成本增加，而且在一定程度上破坏仪器设备的精确度，影响产品质量。另外，铸造车间夏季多高温闷热，虽可以通过中央空调、鼓风扇等手段降温，但这些在设备前期及之后的应用阶段都有着很高的成本。

　　铸造行业是机械制造业的基础，对整个国民经济状况有着直接的影响力。上世纪末和本世纪初在我国兴起消失模与V法铸造技术，以其投资少，操作简单，铸件质量较好、生产成本较低等优势迅速取代树脂砂和传统砂型铸造，成为现代铸造工艺的重要组成部分，但因消失模与V法铸造都采用干砂造型的方法，不可避免的造成环境粉尘污染问题，尤其是生产车间弥散的细小SiO2粉尘正严重危害着工人的健康。

　　在工业应用中，夏季温度偏高，加之生产环境内设备运行热辐射，环境温度有时高达40℃以上，给作业人员带来不舒适感，引起恶心、眩晕、中暑等严重后果。恶劣条件下的生产能力及生产质量也明显降低。改善作业环境，提高生产水平和生产质量，已经是一个不容忽视的问题。我们一直在寻找一种可以对车间环境进行调节的方法，使得车间也能拥有适宜的环境。经过前期的考察和经验，利用喷雾的方法可以简便地调节车间温度场、湿度场，并对车间粉尘的沉降有一定作用。

　　1. 喷雾系统在降温方面的应用

　　喷雾系统在降温领域，最早缘于国外，成熟于美国、西班牙、日本世博会，现成为国际上较流行的室外降温方法。国内在降温领域的应用从90年代开始尝试，积累了较好的应用经验，并大规模应用于上海世博会及其它区域，效果明显。喷雾降温可以用于室内降温和室外降温，可以用在工业中，也可以应用于日常生活，在降温的同时还能提高空气的湿度，而这两者都可以提高人的舒适度。

　　喷雾降温方法采用以水为原料的纯物理方式，以蒸发吸热原理吸收环境热量，降温过程中不产生有害物质，不对环境二次污染，降温效果迅速，人体舒适度好。降温终端将粒径3-10µm的水雾颗粒由特制的高压喷嘴喷出，在空气中扩散，扩散过程中不断被蒸发，并吸收该区域大量热能，达到降温目的。喷出的雾滴极细，不会在地面形成水渍或者造成空气湿度过大而有水珠滴下，整个降温区域不但降温迅速，而且含有大量负离子，同时增加区域湿度，可调节到最佳人体舒适度。如图1和图2就是喷雾系统在人们生活中降温方面的典型应用。

　　用喷雾系统降温、增湿不仅在于人们生活息息相关的方面有了很广泛的应用，在工业中通过喷雾的方法来降温也已经有所应用。典型的像铸造车间，利用喷雾的方法可以加快铸件、砂箱等的冷却速度，提高装备的使用频率，这样就能一定程度上提高生产效率，如图3所示。除此在工艺上的应用之外，用喷雾方法来降温增湿，调节车间环境也有所应用，如图4所示。虽然调节车间温度场最有效最快速的方法是用中央空调等设备，但中央空调无论从前期的设备投资，还是从后期的运行费用来说，都要远远的高于使用喷雾降温系统，喷雾系统成本只有中央空调的十分之一。尽管在降温效果上还有一些差距，但在工艺性场合和恶劣的极端环境气温下，3-5℃的温差，对于人体舒适度已经有明显感觉，作业人员的操作环境也有明显的改善。

　　2. 喷雾系统在降尘方面的应用

　　喷雾降尘是将水加压并通过高效喷嘴喷出后雾化，形成许多高速运动的细小水滴，运动中的水滴与粉尘颗粒发生碰撞而结合在一起，颗粒因表面湿度增大，以及颗粒之间在表面水的作用下很容易相互聚集在一起形成大颗粒粉尘，使颗粒本体重量增大而加速下落，达到净化空气的效果。

　　利用喷雾的方法来降低空气中粉尘颗粒的浓度在采矿业、装卸场等场合已有所应用，如图5所示。而日本消失模铸造典型企业木村公司在2005年就在车间内全面采用水气二流体喷雾降尘措施(如图6所示)，取得了不错的效果。国内铸造行业内利用喷雾系统降温、除尘近两年开始引起人们注意。

　　3. 喷雾系统在其它方面的应用

　　喷雾系统除了在降温、降尘这些的典型应用外，它的应用范围在户外更加广泛，加湿、造景、降尘、除臭等。包括主题餐馆、酒店和主公园、休闲度假村，竞技场，网球场，高尔夫球场，广场喷泉、瀑布、小区造景等。典型应用如图7、图8所示：

　　民用舒适性环境中，为控制温度，可以选择用空调来实现。按照1匹空调制冷10平方米计算，每小时耗电约为735W*3≈2.2度。但在工艺性环境中，区域面积动辄几千甚至上万平米，普通佛制冷空调的制冷量根本无法满足如此巨大的作业面积。如果选择中央空调系统来改善温度，初期的设备投资和后期的运行费用巨大，也不现实，正是这样的一种情形，孕育出了喷雾降温的市场。下面对这两种手段进行具体条件下的运行成本比较，如表1所示。

　　假设条件：工业厂房面积2000m²，环境气温40℃，要使温度降低5℃。

　　工业用电0.85元/度，工业用水3.8元/度。

　　表1 中央空调与喷雾系统运行成本比较(按每天24小时连续使用)

　　4. 喷雾系统具体组成

　　某个空间的喷雾量由空气焓湿图决定，焓湿图横坐标代表空气中含水的质量(g)，纵坐标代表温度(℃)，图中曲线即代表有着确切湿度的空气，由此就可以推出，不同的温度下若想要空气达到理想的湿度需要向空气中散播多少水量(g)。

　　喷雾设备是一种高效、节能的新型设备，它是利用物理原理，利用高压柱塞泵将水加压至7兆帕以上，再通过高压管路系统传送到高压雾化喷嘴，形成3-10μm的微粒喷射到空气中，水雾与空气形成充分的热湿交换，吸收热量而被汽化，在空气中完全被吸收，空气因损失了显热而温度下降，达到降温目的，同时雾滴与空气中粉尘颗粒碰撞而使得尘粒沉降，降低空气中的粉尘含量。整套设备启动后，环境温度瞬间可下降3-5℃，平均雾化1升水仅需6W的电能，节能明显。虽然现在国内的喷雾降温技术还处在精确控制的研发阶段，但从性价比和降温效果上来看，尤其是在工艺性场合，该系统已经具备了相当大的优势。系统具体组成如图9所示：

       图9   高压喷雾系统具体组成　　

　　系统的整体效能，取决于关键零部件的选用，一般采用工业级别的进口品牌高压柱塞泵，如韩国大和、德国SPECK、意大利AR、美国GIANT、台湾WULI等，配置变频器和压力传感器可恒定出水压力，流量一般在120-180kg/h.再配以高品质喷头、管网，系统运行稳定，噪音小于90分贝。

　　南京邦纳科技有限公司生产的喷雾降温机组，在电气控制上配备了时序控制器，可通过主机面板任意设定喷雾时间间隔;也可通过传感信号输送主机电脑控制器，由变频器控制恒压系统，根据环境内部的温、湿度变化情况适时控制多个作业环境，无需人工值守，完全实现自动控制。系统设备在安装时也非常便捷，管路采用高压不锈钢管或者PE管，只需在作业环境内排布管路即可。所需水源为普通清洁自来水或净化处理水，完全无毒无害，对环境无影响。

　　5. 结论

　　喷雾系统在室外的应用已经很广泛，提供给人们更好的生活环境，美化生活。而经由喷雾系统在车间进行降温、降尘、增湿，调节车间环境，提高环境的舒适度，能够以一个比较低廉的成本取得一个比较好的效果。在铸造车间的应用这两年开始引起人们注意，经过一系列的数据采集和实验，可以说明喷雾系统是适合于调节铸造车间环境的。