淺談汽車涂裝工藝空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

盧順

【摘 要】本文主要介紹了汽車涂裝工藝空調(diào)的作用、空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計原理及基本功能構(gòu)成，通過對某一涂裝工藝空調(diào)案例的設(shè)計、溫濕度控制原理及精確控制的實現(xiàn)過程進行分析探討，最后對已實施的空調(diào)系統(tǒng)進行實際應(yīng)用操作分析及效果對比，得出溫濕度穩(wěn)定控制的空調(diào)系統(tǒng)可以有效提高生產(chǎn)效率、降低運行返修成本。本文對其他汽車廠新建或改造涂裝車間中的涂裝工藝空調(diào)設(shè)計具有一定的指導(dǎo)意義。

【關(guān)鍵詞】汽車涂裝;空調(diào)系統(tǒng);設(shè)計與應(yīng)用

中圖分類號： U466 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）21-0224-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.21.104

0 引言

在汽車制造的四大工藝中，涂裝工藝是提供防腐性能及外觀顏色的重要工序，而在涂裝工藝過程中，溫度和濕度是影響汽車噴涂質(zhì)量和效率的一個重要因素，汽車涂料施工對噴漆室的溫度、濕度、風(fēng)速有著嚴格的要求，否則噴涂質(zhì)量及效率將會受到嚴重影響，返修成本會增加。隨著汽車涂裝行業(yè)的發(fā)展，競爭越來越激烈，對噴涂質(zhì)量的要求越來越高，一般由于溫室度控制精度很低或不控制的噴漆室會導(dǎo)致噴涂返修率大，生產(chǎn)線效率低，產(chǎn)品質(zhì)量差，返修成本高。因此，為涂裝噴漆室提供穩(wěn)定的溫度及濕度輸出的工藝空調(diào)系統(tǒng)的合理設(shè)計和應(yīng)用就變得非常的重要，本文將就某一個汽車涂裝線的工藝空調(diào)實例進行分析與探討，淺談如何實現(xiàn)對溫濕度進行穩(wěn)定控制輸出的汽車涂裝工藝空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用。

1 涂裝車間空調(diào)的作用

目前，國內(nèi)外涂裝車間噴漆室通常采用上送下抽的送風(fēng)方式，噴漆室的潔凈度和溫濕度主要靠室體和送風(fēng)空調(diào)來保證[1]，它的作用主要有以下幾點：

（1）提供一定的向下送風(fēng)風(fēng)速，用于實現(xiàn)不同噴涂區(qū)域的風(fēng)平衡，確保多余的漆霧能夠有效的向下進入漆霧處理裝置中，并且保持不同的噴涂區(qū)域不竄風(fēng)。

（2）提供一定的噴漆室環(huán)境溫度及濕度以滿足涂料的施工性能要求，確保處于最佳的施工環(huán)境。

（3）保持噴漆室的正常換氣，確保施工安全，滿足汽車涂裝的安全規(guī)范要求。

2 工藝空調(diào)系統(tǒng)的功能組成

基于汽車涂裝工藝空調(diào)系統(tǒng)的作用，給噴漆室提供風(fēng)速、溫度、濕度的空調(diào)系統(tǒng)一般包含以下幾個主要功能段：送風(fēng)、加熱、制冷、加濕、除濕。

（1）送風(fēng)一般都采用離心風(fēng)機進行送風(fēng)，可以選擇雙進風(fēng)風(fēng)機或單進風(fēng)風(fēng)機。

（2）加熱功能段可以選擇燃氣直燃或熱水或蒸汽加熱。

（3）制冷功能一般采用制冷機組提供冷凍水進入到換熱盤管與空氣進行換熱，以達到制冷效果，制冷機組可以選擇電制冷機組、燃氣制冷機組或蒸汽制冷機組。

（4）加濕是指相對濕度不能達到工藝控制要求下，需要采用噴霧式加濕或水簾通過式方式進行加濕;多臺空調(diào)可采用單獨加濕或集中加濕系統(tǒng)。

（5）除濕的基本原理是通過焓濕原理的過冷除濕。

在經(jīng)過實際使用經(jīng)驗及行業(yè)應(yīng)用研究，汽車涂裝的工藝空調(diào)系統(tǒng)選擇雙進風(fēng)風(fēng)機送風(fēng)，噴霧式集中加濕，盤管加熱及制冷，再加上消聲及過濾組成的空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用最廣泛，技術(shù)最成熟，效果最好，因此設(shè)計應(yīng)用的空調(diào)基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3 空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

基于工藝空調(diào)系統(tǒng)的功能段設(shè)置，空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計需要收集以下基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：風(fēng)量、外界工況的溫濕度、工藝控制要求的溫濕度。在前期設(shè)計根據(jù)以上三項數(shù)據(jù)計算出空調(diào)大小及進行設(shè)備選型。

在設(shè)備選型時需要考慮空調(diào)的占地空調(diào)，風(fēng)管大小以及送風(fēng)區(qū)域等影響，一臺空調(diào)的風(fēng)量一般建議在25萬立方/小時以下，生產(chǎn)線長度不同，每所需的空調(diào)數(shù)量不同。

風(fēng)量設(shè)計計算基于噴漆室長寬高尺寸以及各區(qū)域的送風(fēng)速率要，依據(jù)行業(yè)經(jīng)驗及安全要求，一般手工噴涂區(qū)的風(fēng)速要求為0.5米/秒，機器人噴涂段0.3米/秒，表1為計算得出某汽車涂裝工藝空調(diào)設(shè)計的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

風(fēng)量依據(jù)以下計算公式計算：

Q=L×W×V×3600m3/h

（L：噴漆室長度;W：噴漆室寬度;V：風(fēng)速m/s）

制冷量及熱量計算基于能量守恒，以熱量基礎(chǔ)公式結(jié)合焓濕圖計算得出。

熱量計算公式：Z=cm△t

（c：比熱容;m：質(zhì)量;△t：溫差）

4 空調(diào)系統(tǒng)溫濕度控制的實現(xiàn)

4.1 空調(diào)系統(tǒng)的溫濕度控制的工作原理

基于空調(diào)功能段的設(shè)計以及空氣溫濕度變化的基本原理，空調(diào)系統(tǒng)實現(xiàn)溫濕度控制的基本工作方式如下：

（1）夏季：通過啟用表冷段和二次加熱段，實現(xiàn)對空調(diào)溫濕度的自動調(diào)節(jié);

（2）冬季：通過啟用一次加熱段、噴淋段和二次加熱實現(xiàn)溫濕度的自動調(diào)節(jié)。

4.2 加濕系統(tǒng)在溫濕度控制實現(xiàn)中作用

涂裝工藝空調(diào)系統(tǒng)實現(xiàn)溫濕度準(zhǔn)備控制需要配置加濕系統(tǒng)進行濕度及溫度的雙重調(diào)節(jié)，本次空調(diào)系統(tǒng)采用的是集中加濕系統(tǒng)，加濕工藝流程圖如圖2所示。

（1）集中式空調(diào)加濕系統(tǒng)由加濕水槽、水泵、管道閥門系統(tǒng)、化學(xué)品添加系統(tǒng)及控制系統(tǒng)組成，可將加濕水槽、水泵及殺菌劑加藥系統(tǒng)集中放置在一層循環(huán)水池間內(nèi)，通過主管路將純水送至各工藝空調(diào)的加濕段，回水利用重力回流到加濕水槽，加濕水可重復(fù)利用，但需定期更換以避免長菌影響送風(fēng)質(zhì)量及堵塞系統(tǒng)部件。

（2）加濕系統(tǒng)用于調(diào)節(jié)送風(fēng)的溫濕度。通過加濕段噴淋控制的電動閥來實現(xiàn)PID控制，實時調(diào)節(jié)以達到工藝要求。當(dāng)濕度不足時逐漸調(diào)大電動閥的開度，自動調(diào)整直至濕度達到設(shè)定值。當(dāng)送風(fēng)濕度高于設(shè)定值時自動遞減電動閥的開度。

4.3 溫濕度的自動控制系統(tǒng)

涂裝工藝對噴漆室溫濕度工藝要求有嚴格的控制需求，通常溫度為20～30℃，濕度為60%～70%，溫濕度調(diào)節(jié)需要由空調(diào)裝置實現(xiàn)[2]。對空調(diào)系統(tǒng)進行準(zhǔn)確的溫濕度控制需要使用PID調(diào)節(jié)，在制冷、加熱、加濕的系統(tǒng)管路上各安裝一個電動閥，并進行系統(tǒng)編程，根據(jù)工藝控制溫濕度要求設(shè)置合適的PID參數(shù)，在空調(diào)開啟后實現(xiàn)實時的動態(tài)平衡，根據(jù)實際應(yīng)用統(tǒng)計，在空調(diào)風(fēng)機開啟后15～30分鐘，可以實現(xiàn)噴漆室溫室度從外界溫度控制在工藝控制范圍，溫度波動范圍±1度，濕度波動范圍±5%。

A 溫濕度的控制過程

對于在空調(diào)系統(tǒng)中的溫濕度控制過程的空氣狀態(tài)變化，可使用圖3來展示空氣狀態(tài)的改變過程，說明如何實現(xiàn)的空氣溫濕度的控制。

（1）在焓濕圖上，當(dāng)室外的溫濕度位于區(qū)域I時，此時一般是高溫低濕的情況，比如狀態(tài)點A1，需開表冷段和噴淋加濕段，首先通過表冷工藝將空氣降溫，將狀態(tài)點移動到等焓線上，再通過等焓加濕，可達到工藝要求點O。

（2）在焓濕圖上，當(dāng)室外的溫濕度位于區(qū)域II時，此時一般是低溫，比如狀態(tài)點A2，需開一次加熱和噴淋加濕段，先通過升溫，可將狀態(tài)點改變移動到等焓線上，再通過等焓加濕過程，可達到工藝要求點O。

（3）在焓濕圖上，當(dāng)室外溫濕度點位于區(qū)域III（1），此時一般是高溫，以及III（2），比如狀態(tài)點B1和B2，需開表冷段和二次加熱段，先降溫進行過冷除濕，將狀態(tài)點移動到絕對含水量線上，然后通過二次加熱降低相對濕度，可達到工藝要求點O。

B溫濕度控制的應(yīng)用操作

在汽車涂裝車間的空調(diào)系統(tǒng)中一般設(shè)置有自動的溫濕度控制系統(tǒng)，集成為計算機界面，直觀的進行溫度度控制系統(tǒng)的操作及調(diào)整設(shè)置。

（1）當(dāng)空調(diào)運行在冬季模式時，一次加熱電動閥起作用;夏季模式時表冷段電動閥起作用，根據(jù)實時的溫濕度進行調(diào)整。

（2）當(dāng)需要重新設(shè)置PID參數(shù)時進入PID調(diào)整界面，如圖5所示，根據(jù)實際控制需求進行PID參數(shù)的微調(diào)，以滿足控制精度要求。

（3）在生產(chǎn)啟動前，根據(jù)當(dāng)前室外溫濕度點在焓濕圖中的位置，與控制溫度點（23℃，65%）或者（28℃，65%）的位置做比較，得出理論上需要運行的模式。

5 空調(diào)溫濕度自動控制應(yīng)用效果

（1）實際溫濕度情況：通過采用集中加濕與自動PID調(diào)節(jié)的控制系統(tǒng)對涂裝車間工藝空調(diào)系統(tǒng)進行控溫控濕，可以確保噴漆室的溫室度在噴漆工藝要求的范圍內(nèi)，精度可達到溫度±1度，濕度±5%，系統(tǒng)隨外界溫濕度變化響應(yīng)調(diào)整速度快，噴漆室的實際濕度變化曲線如圖6，溫度變化如7所示。

（2）生產(chǎn)效率及返修成本：通過空調(diào)系統(tǒng)穩(wěn)定的溫濕度控制，可大大降低由于噴漆室溫濕度不穩(wěn)定原因造成的質(zhì)量問題返修，提高效率，節(jié)約成本。根據(jù)某汽車廠的實際應(yīng)用數(shù)據(jù)對比，噴漆室進行溫濕度的穩(wěn)定控制后，與之前濕度不控制，溫度控制精度低相比，返修率明顯降低，生產(chǎn)效率顯著提高，具體對比數(shù)據(jù)見表2。

6 結(jié)束語

通過對汽車涂裝工藝空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計探討及應(yīng)用分析，可以得知涂裝工藝空調(diào)的合理設(shè)計及溫濕度控制可有效提升產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，降低運行返修成本。因此在當(dāng)前的汽車涂裝行業(yè)，設(shè)計及采用一套能穩(wěn)定控溫控濕的空調(diào)系統(tǒng)已經(jīng)是一個先進汽車涂裝車間必須配置的設(shè)備系統(tǒng)之一，這將大大提升汽車涂裝的質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，提升產(chǎn)品的市場競爭力。同時，在確保溫濕度穩(wěn)定控制的前提下，如何設(shè)計及應(yīng)用更加高效節(jié)能的空調(diào)系統(tǒng)需進一步的研究，如：不同噴漆室下的空調(diào)循環(huán)風(fēng)回用節(jié)能技術(shù)應(yīng)用研究;由于部分地區(qū)燃氣價格低，如何按需選擇更合適更高效的空調(diào)熱源，等等?？傊瑢τ谄囃垦b來說，高效、節(jié)能、綠色、環(huán)保的先進制造工藝技術(shù)將會是未來汽車涂裝技術(shù)發(fā)展的主流方向。

【參考文獻】

[1]裴一慶，樊向羽，姚重慶.關(guān)于循環(huán)風(fēng)空調(diào)利用的經(jīng)濟性分析，技術(shù)與經(jīng)驗交流，2017年8月 第20卷第8期，P27.

[2]李偉，李曉明.涂裝車間噴漆室工藝空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計及調(diào)試 2018中國汽車工程學(xué)會年會論文集，P1769.