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作為先進(jìn)工業(yè)制造方法的焊接技術(shù)，在現(xiàn)代工業(yè)制造中得到了廣泛應(yīng)用。但在其具體操作過程中，由于焊接燒熔可達(dá)到5000℃的高溫，會導(dǎo)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(jìn)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(fù)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(fēng)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(fēng)方式：自然通風(fēng)、混合通風(fēng)、吹吸式通風(fēng)和置換通風(fēng)。

    自然通風(fēng)和機械通風(fēng)有本質(zhì)的不同，自然通風(fēng)基本的動力是風(fēng)壓和熱壓。當(dāng)風(fēng)吹向廠房時，在迎風(fēng)面上由于空氣流動受阻，風(fēng)速減小，使得風(fēng)的動壓轉(zhuǎn)換為靜壓，在廠房迎風(fēng)面上的壓力大于大氣壓，形成正壓區(qū)，而廠房的背風(fēng)面，屋面氣流環(huán)繞過程中形成負(fù)壓區(qū)，為平衡該壓力差，氣流就會從迎風(fēng)面上的門窗洞口流向室內(nèi)，再由室內(nèi)向外流向負(fù)壓區(qū)。利用熱壓形成自然通風(fēng)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(fēng)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(yīng)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(fēng)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(fēng)造成能耗浪費。

    混合通風(fēng)也叫稀釋通風(fēng)，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(fēng)量大，運行耗能大，效率低。該通風(fēng)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(fēng)是利用射流作為動力，把有害物輸送到排風(fēng)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(fēng)其實也是廣義置換通風(fēng)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(fēng)局限性在于實際應(yīng)用難度較高，容易造成工作區(qū)空氣紊流以及排風(fēng)風(fēng)量巨大。

    置換通風(fēng)是目前應(yīng)用性較強的機械通風(fēng)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(shè)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(dǎo)氣流。排風(fēng)口設(shè)在房間頂部并將被污染的空氣排出。送風(fēng)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(fēng)的動量很低以致對室內(nèi)主導(dǎo)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(fēng)的空氣溫度高于室內(nèi)工作溫度。

    置換通風(fēng)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(dǎo)向上方排風(fēng)口；可應(yīng)用性強，技術(shù)較為成熟。局限性在于機械整體通風(fēng)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(fēng)）以外，存在靈活性差、效果不穩(wěn)定、通風(fēng)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(fēng)除塵配置。造成廠房內(nèi)焊煙濃度高，嚴(yán)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(fēng)作為節(jié)能的焊煙控制方式，而置換通風(fēng)作為有效的機械通風(fēng)方式。結(jié)合這兩種通風(fēng)方式，配置電動窗系統(tǒng)（和電動屋脊通風(fēng)器），引進(jìn)計算流體力學(xué)CFD仿真技術(shù)和現(xiàn)代PLC控制技術(shù)，采用新型有機置換通風(fēng)方式，治理高大工業(yè)廠房焊接煙塵。該新型治理技術(shù)環(huán)保、節(jié)能、靈活性大、有效性強。

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

    對高大工業(yè)廠房的有機置換通風(fēng)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(xué)CFD仿真技術(shù)進(jìn)行室內(nèi)氣流和煙塵分布模擬和預(yù)測，從而得到更加的判斷和驗證。

    采用現(xiàn)代PLC及遠(yuǎn)程控制技術(shù)，對整體廠房各列送排風(fēng)風(fēng)機和電動窗/電動屋脊通風(fēng)器（如有）進(jìn)行開閉控制，根據(jù)自然通風(fēng)和置換通風(fēng)原理，對前述各種可能的組合模式進(jìn)行設(shè)定。系統(tǒng)開機時，自動監(jiān)測室外天氣情況（主要為風(fēng)向和溫度），據(jù)此采用的有機置換通風(fēng)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(fēng)模式。

    高大工業(yè)廠房焊煙控制采用有機置換通風(fēng)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(fēng)包括氣候風(fēng)和熱力風(fēng)，大大降低了系統(tǒng)運行能耗；初次投入相當(dāng)于在普通置換通風(fēng)方式基礎(chǔ)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(yīng)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。