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1)进风段

    根据空调机组布置位置、布置方式不同采用不同的进风方式, 一般有端部墙面进风 (进风室进风) 、房屋顶部进风及建筑物内直接进风等。设置进风口时要靠考虑周围环境、厂房结构、工艺段设备位置、空调布置位置等因素。循环风空调在设置室体回风风管作为进风口的同时也保留了从外界进新风的功能, 可实现循环风和新风的切换功能。

2)过滤段

    空气洁净度等级的划分见表1。
 

表1 空气洁净度等级

    循环风空调过滤段设置一般为初效、中效、高效等。根据空调不同过滤精度要求, 选择不同的过滤器, 初效过滤器等级一般为G3或G4, 中效过滤器等级一般为F5或F6, 高效为F7~F9, 对应的空气洁净度等级见表2。
 

表2 过滤器等级对应空气洁净度等级

3)中间段

    在具有填充物的相邻两段体之间留有中间段, 侧面开有检修门, 用于设备检修及维护。

4)加热段

    目前涂装空调机组常用的加热方式根据加热介质不同可分为:蒸汽盘管加热, 热水盘管加热、燃烧机直燃加热和间接加热等。考虑到新油漆车间为水性免中涂工艺, 温湿度需保证在25±2℃, 65±5%RH, 对环境要求极为苛刻, 且热水比热最高, 对于外界温度变化波动范围较小, 所以选择热水作为空调热源, 提供稳定热量用于喷房的温度控制。

5)表冷段

    表冷器与热水加热器工作原理相同, 内部通过的介质为7~12°C冷冻水, 冷冻水来自制冷站, 管道循环输送对经过的空气进行除湿处理。注意事项:对于全新风机组设计时应充分考虑夏季冷凝水量, 设置好冷凝水排放口。

6)加湿段

    喷淋加湿原理:水经喷淋管道和喷嘴喷出, 雾化的水雾颗粒与空气直接接触吸收热量气化, 增加空气中的含湿量, 空气湿度一般要求在50%-85%之间, 对于喷漆室来说, 湿度要求控制在60%-70%之间。

7)均流段

    为了实现风机出口均匀扩散, 保证空调整个截面风速均匀, 在风机出口处安装有多孔板散流器。

8)消声段

    消声器是由吸声材料按不同的原理设计, 在空调系统中用来降低风机产生的空气动力噪音, 阻止噪音传导工作区域。

2.喷漆室的循环风方式

    现国内少数先进的涂装车间采用了干式喷漆室, 干式喷漆室一般都采用了循环风模式, 但多数涂装车间多为湿式喷漆室, 对于湿式喷漆室的涂装车间, 多采用的是全新风送风模式, 即喷漆室各区域的送风直接排放至喷漆烟囱, 特别对于水性漆油漆车间, 喷漆室区域能耗较大, 废气处理装置的设备投资和运行能耗显著提高。
    在废气处理系统规划时, 喷漆室可采用循环风技术, 现湿式喷漆室循环风模式有两种, 一种是喷漆部分循环风模式, 其原理是将喷漆线的流平、补漆区域的送风返回至外喷机器人喷漆段, 以减少外喷段新风风量。此类模式的循环风使用量低, 可适当减少喷漆室新风量, 降低喷漆室排往废气处理装置的废气量, 多使用在外喷段为机器人, 内喷段为人工的情况下, 其原理图如图2所示。
 

图2 喷漆室部分循环风模式原理图

    另一种是喷漆全循环风模式, 喷漆线送风由全新风空调和循环风空调的送风组成, 喷漆室外喷和内喷机器人段由循环风空调送风, 循环风空调的供风除由流平、补漆段、气封段返回的循环风组成之外, 另由外喷段的排风的循环风组成。此循环风模式应用在外喷与内喷均为机器人喷涂条件下, 可大幅度降低喷漆室与废气处理系统的投资与运行能耗, 其原理图如图3所示。该新车间采用的是更高效率的喷漆全循环风模式, 这样大大的节约了实际的运行成本。
 

图3 喷漆室全循环风模式原理图

3.循环风空调与全新风空调系统的节能对比

    (1)全新风空调取自外界新风, (冬季模式) 进入空调机组后需先升温加热, 后进行湿度控制。
    (2)循环风空调采用人工工位净化后的排风及文丘里循环后的排风, 温度接近工艺温度, 只需进行除湿处理及温度微调即可满足自动化工位工艺要求。
    (3)由图4可见, 循环风模式下能耗较全新风模式能耗大大降低。
 

图4 全新风和循环风节能对比

三、循环风空调案例分析

    以年产27万辆整车的新涂装车间为例, 该车间采用的是免中涂水性漆2C1B工艺, 清漆为溶剂型2K油漆, 喷漆室采用的是湿式喷漆室, 机器人喷漆工位采用循环风送风。一共设置5个机器人段, 分别为:BC1、BC2内、BC2外、CC内、CC外。因外喷站和内喷站均为机器人自动化喷涂, 所以该线在设计时即为全循环风模式 (图5方式) , 循环风比例在60%以上, 可更大程度上的节省能耗。
    空调送风所需能耗对于外界条件比较敏感, 水性油漆对于喷漆室的温湿度要求控制在25±2℃和65±5%。夏季模式时, 由于外界气温高, 需要大量的冷水进行降温除湿, 先保证温度控制在工艺参数范围内, 后再经过喷淋加湿进行湿度控制;冬季模式下, 外界进入空调的新风需经过热水盘管进行升温, 后再经过喷淋加湿。只有在温度、湿度都满足的情况下, 才能被送入到喷漆室。但是采用循环风空调技术后, 满足温湿度要求的送风从进喷漆室到被送到文丘里, 再从文丘里排风被送至循环风空调, 整个循环过程中温度基本保持不变, 湿度从原来的65±5%经过文丘里水膜后达到了饱和状态 (约90%左右) 。所以整个循环风过程中, 只需要对循环风进行除湿以及微量的温度控制, 即可满足工艺要求。
    车间工艺空调布置为KT1、KT2、KT3、KT4、KT5, 其原理及布置见图5。
 

各工艺段相关参数见表3

    在新油漆车间喷漆空调规划时, 已经将所有自动化工位设置为循环风, 流平段、补漆段、擦净段等人工工位采用新鲜风或者岗位循环风作为送风, 这样充分提高了循环风的利用率, 在满足安全设计、工艺要求的前提下, 循环风比例控制在50%-70%之间具有较高的节能效益, 该新油漆车间工艺空调共计474700m3/h循环风量代替新风风量来保证正常生产工艺, 循环风比例达到了65.1%, 符合精益化设计的要求, 各工艺段相关数据见表3。耗热量G1、耗冷量G2依据下列公式计算:

G1=Q·ρ·Δi热 (kcal/h) ;

G2=Q·ρ·Δi冷 (kcal/h) ;

    式中:Q为喷漆风量 (m3/h) ;ρ为空气密度, 一般取1.2 (kg/m3) ;Δi为焓差 (k Cal/kg) 。
    夏季平均焓值 (32℃, 60%RH) ;冬季平均焓值 (15℃, 50%RH) ;目标焓值 (25℃, 65%) 根据焓湿图 (图6) 查表计算得知:
    冬季可节约加热量W1为1129.786kw, 夏季可节约制冷量W2为1158.268kw, 总节约功率W=W1+W2=2288kw, 按照单价0.7元计算, 可节约1601元/小时, 每小时可节约纯水45t/小时, 按照单价2元计算, 可节约90元/小时, 总计可节约费用1691元/小时, 按照净40JPH计算, 理论计算单车成本可节约42.3元。在达到同等外观质量的前提下, 对比同等40JPH油漆车间空调有循环风, 在比例不一样的情况下能耗统计 (见表4) , 可实际节约能耗近25元/台车。
 

    同时由于喷漆线清漆站为2K溶剂型清漆, 机器人内喷为全循环风模式, 清漆站位相应的排向烟囱的废气由原来的327600m?/h风量减少为90700m?/h, 相对应的VOC浓缩转轮也由原来的3套缩减至1套, 节约一次性投资600万元。

四、结语

    节能减排是涂装技术发展的主要趋势, 为建设环境友好型社会, 在设计阶段就应该考虑选用节能减排的新工艺、新技术和新材料。随着节能环保意识的日益增强, 汽车涂装过程中的能源及“三废”得到高度关注, 越来越多的新工艺、新技术将被开发并得到应用。
    目前, 喷漆循环风节能技术在国内新建涂装线中尚未得到广泛应用, 该技术具有显著的优点:节约能源;减少废气物排放;喷漆室内工艺温湿度不受外界气候变化而变化, 保证了工艺的稳定性, 同时使用能源得到降低, 工厂投资得到了节约。与此同时, 由于循环风中含有一定量的溶剂, 不适用于人工喷涂, 且设备初效过滤袋更换频繁, 增加了日常维护工作量。

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