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作為先進工業(yè)制造方法的焊接技術，在現(xiàn)代工業(yè)制造中得到了廣泛應用。但在其具體操作過程中，由于焊接燒熔可達到5000℃的高溫，會導致周圍的金屬及其氧化物被熔化、蒸發(fā)而產(chǎn)生大量的粉塵、氣體和蒸汽。這些在焊接過程中產(chǎn)生的粉塵和氣體中含有大量的有害物質(zhì)，對人體健康有極大的危害，如不加以有效地控制將會給操作人員帶來焊工硅肺、錳中毒、電光眼炎等多種職業(yè)病，時刻威脅著操作人員的身體健康。因此，對于焊接煙塵的處理必須給予足夠的重視，以此來保證操作人員的身體健康。

    高大工業(yè)廠房由于生產(chǎn)過程、工藝布置及操作條件等限制，一般難于以局部捕集方式進行焊煙的有效捕集。焊煙常充盈于車間，造成工人生產(chǎn)環(huán)境惡化和大氣環(huán)境污染。大多數(shù)高大工業(yè)廠房焊裝工況具有以下特征：焊接工件大，焊點焊縫無規(guī)律，焊接工位多而雜，生產(chǎn)負荷變化大；廠房內(nèi)安裝有天車，用于裝卸和搬運工件。受此條件限制，高大工業(yè)廠房多數(shù)采用整體通風除塵的控制方式。

    目前對于高大工業(yè)廠房主要有四種整體通風方式：自然通風、混合通風、吹吸式通風和置換通風。

    自然通風和機械通風有本質(zhì)的不同，自然通風基本的動力是風壓和熱壓。當風吹向廠房時，在迎風面上由于空氣流動受阻，風速減小，使得風的動壓轉(zhuǎn)換為靜壓，在廠房迎風面上的壓力大于大氣壓，形成正壓區(qū)，而廠房的背風面，屋面氣流環(huán)繞過程中形成負壓區(qū)，為平衡該壓力差，氣流就會從迎風面上的門窗洞口流向室內(nèi)，再由室內(nèi)向外流向負壓區(qū)。利用熱壓形成自然通風主要是利用廠房內(nèi)部上下空氣壓差所形成的熱壓作用，熱空氣由于密度差而上浮。

    自然通風的大優(yōu)點是不消耗再生能源，即節(jié)能性。但其有較大的局限性，包括靈活性較差，難于適應不同的天氣條件；對于跨數(shù)多的廠房，由于深度過大，難得到有效的通風換氣；易受附房遮擋影響；熱度高、煙塵濃度大的空氣難于充分排除；煙塵無凈化處理，直接排于室外；對于采暖或空調(diào)的廠房，自然通風造成能耗浪費。

    混合通風也叫稀釋通風，它一方面用清潔空氣稀釋室內(nèi)空氣中的有害物濃度，同時不斷把稀釋后的污染空氣排至室外。控制對象著眼于全室空氣，風量大，運行耗能大，效率低。該通風方式對于高大工業(yè)廠房的焊煙治理基本上不可取。

    吹吸式通風是利用射流作為動力，把有害物輸送到排風口再由其排除，或者利用射流來阻擋、控制有害物的擴散。吹吸式通風其實也是廣義置換通風的一種方式，但其強調(diào)吹出氣流的速度衰減緩慢和輸送能力*。吹吸式通風局限性在于實際應用難度較高，容易造成工作區(qū)空氣紊流以及排風風量巨大。

    置換通風是目前應用性較強的機械通風方式，初始于北歐，逐漸占據(jù)了北歐國家50%的工業(yè)空調(diào)市場。將新鮮的空氣直接送入工作區(qū)，在地面上形成一層由較涼的新鮮空氣擴散而成的較薄的空氣湖。室內(nèi)熱源（電焊、設備散熱、人員、燈光等）產(chǎn)生向上的對流氣流。新鮮的空氣由于熱源的浮力作用，使其向室內(nèi)上部流動并形成室內(nèi)空氣運動的主導氣流。排風口設在房間頂部并將被污染的空氣排出。送風口送入室內(nèi)的新鮮空氣溫度通常低于室內(nèi)工作區(qū)的溫度。由于較涼的空氣密度大而下沉到地表面，送風的動量很低以致對室內(nèi)主導氣流無任何實際的影響。熱源引起的熱對流氣流使室內(nèi)產(chǎn)生垂直的溫度梯度，在這種情況下排風的空氣溫度高于室內(nèi)工作溫度。

    置換通風的優(yōu)點是著眼于創(chuàng)造清潔的工作區(qū)空氣，充分利用熱源形成的上升氣流帶動焊煙導向上方排風口；可應用性強，技術較為成熟。局限性在于機械整體通風方式，運行耗能較大，投資較大。

    我國地域遼闊，緯度跨度大，季節(jié)分明，氣候變化大，能源緊張。對于高大工業(yè)廠房的焊煙治理，單純采用上述的幾種治理方式，除了投資大（機械整體通風）以外，存在靈活性差、效果不穩(wěn)定、通風量大、耗能多、運行費用高等缺陷，使得系統(tǒng)投資和實施可行性很低。所以除非有生產(chǎn)工藝硬性要求，如鋁合金焊接對恒溫恒濕的要求，或北方制暖或車間空調(diào)等凈化后空氣回流車間等節(jié)能考慮，一般高大工業(yè)廠房均無有效的機械整體通風除塵配置。造成廠房內(nèi)焊煙濃度高，嚴重影響車間人員身體健康并污染環(huán)境。這已是普遍存在的問題，也是亟待解決的難題。

    自然通風作為節(jié)能的焊煙控制方式，而置換通風作為有效的機械通風方式。結(jié)合這兩種通風方式，配置電動窗系統(tǒng)（和電動屋脊通風器），引進計算流體力學CFD仿真技術和現(xiàn)代PLC控制技術，采用新型有機置換通風方式，治理高大工業(yè)廠房焊接煙塵。該新型治理技術環(huán)保、節(jié)能、靈活性大、有效性強。

    有機置換通風模式結(jié)合了置換通風和自然通風的優(yōu)點，根據(jù)廠房位置、不同季節(jié)和風向情況設置多種電動條窗/電動屋脊通風器（如有）開閉和送風排風開閉組合。對于車間內(nèi)生產(chǎn)負荷較小或天氣合適情況，可采用全自然通風模式；對于車間內(nèi)生產(chǎn)負荷大或冬季煙塵凈化后回風至室內(nèi)需全面排風除塵（如排風裝有除塵裝置），則可采用全機械置換通風模式；對于春秋季節(jié)或一般情況，可采用自然通風和機械通風的有機結(jié)合模式。例如，廠房一側(cè)邊墻正面迎風，則其有機置換通風開閉組合如圖2所示，其運行能耗將比普通置換通風方式降低約50%。

    對高大工業(yè)廠房的有機置換通風方式，基于上述經(jīng)驗，定性分析各種組合的氣流組織模式，采用現(xiàn)代計算流體力學CFD仿真技術進行室內(nèi)氣流和煙塵分布模擬和預測，從而得到更加的判斷和驗證。

    采用現(xiàn)代PLC及遠程控制技術，對整體廠房各列送排風風機和電動窗/電動屋脊通風器（如有）進行開閉控制，根據(jù)自然通風和置換通風原理，對前述各種可能的組合模式進行設定。系統(tǒng)開機時，自動監(jiān)測室外天氣情況（主要為風向和溫度），據(jù)此采用的有機置換通風模式。也可人機切換，系統(tǒng)開機時，由操作人員根據(jù)天氣情況選擇的通風模式。

    高大工業(yè)廠房焊煙控制采用有機置換通風方式，極大地增加了系統(tǒng)的靈活度和有效性；充分利用自然風包括氣候風和熱力風，大大降低了系統(tǒng)運行能耗；初次投入相當于在普通置換通風方式基礎上增加電動窗配置和天氣監(jiān)測及PLC自動控制，增加約20%，而能效比提高約60%；其可行性好，適應于我國季節(jié)性強、天氣變化大的特點，為高大工業(yè)廠房的焊煙治理提供了節(jié)能環(huán)保的解決方案。