【摘 要】本文主要介绍了汽车涂装工艺空调的作用、空调系统的设计原理及基本功能构成，通过对某一涂装工艺空调案例的设计、温湿度控制原理及精确控制的实现过程进行分析探讨，最后对已实施的空调系统进行实际应用操作分析及效果对比，得出温湿度稳定控制的空调系统可以有效提高生产效率、降低运行返修成本。本文对其他汽车厂新建或改造涂装车间中的涂装工艺空调设计具有一定的指导意义。
【关键词】汽车涂装;空调系统;设计与应用
中图分类号： U466 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）21-0224-003
DOI：10.19694/jki.issn2095-2457.2019.21.104
0 引言
在汽车制造的四大工艺中，涂装工艺是提供防腐性能及外观颜的重要工序，而在涂装工艺过程中，温度和湿度是影响汽车喷涂质量和效率的一个重要因素，汽车涂料施工对喷漆室的温度、湿度、风速有着严格的要求，否则喷涂质量及效率将会受到严重影响，返修成本会增加。随着汽车涂装行业的发展，竞争越来越激烈，对喷涂质量的要求越来越高，一般由于温室度控制精度很低或不控制的喷漆室会导致喷涂返修率大，生产线效率低，产品质量差，返修成本高。因此，为涂装喷漆室提供稳定的温度及湿度输出的工艺空调系统的合理设计和应用就变得非常的重要，本文将就某一个汽车涂装线的工艺空调实例进行分析与探讨，浅谈如何实现对温湿度进行稳定控制输出的汽车涂装工艺空调系统的设计与应用。
1 涂装车间空调的作用
目前，国内外涂装车间喷漆室通常采用上送下抽的送风方式，喷漆室的洁净度和温湿度主要靠室体和送风空调来保证[1]，它的作用主要有以下几点：
（1）提供一定的向下送风风速，用于实现不同喷涂区域的风平衡，确保多余的漆雾能够有效的向下进入漆雾处理装置中，并且保持不同的喷涂区域不窜风。
（2）提供一定的喷漆室环境温度及湿度以满足涂料的施工性能要求，确保处于最佳的施工环境。
（3）保持喷漆室的正常换气，确保施工安全，满足汽车涂装的安全规范要求。
2 工艺空调系统的功能组成
基于汽车涂装工艺空调系统的作用，给喷漆室提供风速、温度、湿度的空调系统一般包含以下几个主要功能段：送风、加热、制冷、加湿、除湿。
（1）送风一般都采用离心风机进行送风，可以选择双进风风机或单进风风机。
（2）加热功能段可以选择燃气直燃或热水或蒸汽加热。
（3）制冷功能一般采用制冷机组提供冷冻水进入到换热盘管与空气进行换热，以达到制冷效果，制冷机组可以选择电制冷机组、燃气制冷机组或蒸汽制冷机组。
（4）加湿是指相对湿度不能达到工艺控制要求下，需要采用喷雾式加湿或水帘通过式方式进行加湿;多台空调可采用单独加湿或集中加湿系统。
（5）除湿的基本原理是通过焓湿原理的过冷除湿。
在经过实际使用经验及行业应用研究，汽车涂装的工艺空调系统选择双进风风机送风，喷雾式集中加湿，盘管加热及制冷，再加上消声及过滤组成的空调系统应用最广泛，技术最成熟，效果最好，因此设计应用的空调基本结构如图1所示。
3 空调系统设计基础数据
基于工艺空调系统的功能段设置，空调系统设计需要收集以下基础数据：风量、外界工况的温湿度、工艺控制要求的温湿度。在前期设计根据以上三项数据计算出空调大小及进行设备选型。
在设备选型时需要考虑空调的占地空调，风管大小以及送风区域等影响，一台空调的风量一般建议在25万立方/小时以下，生产线长度不同，每所需的空调数量不同。
风量设计计算基于喷漆室长宽高尺寸以及各区域的送风速率要，依据行业经验及安全要求，一般手工喷涂区的风速要求为0.5米/秒，机器人喷涂段0.3米/秒，表1为计算得出某汽车涂装工艺空调设计的基础数据。
风量依据以下计算公式计算：
Q=L×W×V×3600m3/h
汽车空调原理图 （L：喷漆室长度;W：喷漆室宽度;V：风速m/s）
制冷量及热量计算基于能量守恒，以热量基础公式结合焓湿图计算得出。
热量计算公式：Z=cm△t
（c：比热容;m：质量;△t：温差）
4 空调系统温湿度控制的实现
4.1 空调系统的温湿度控制的工作原理
基于空调功能段的设计以及空气温湿度变化的基本原理，空调系统实现温湿度控制的基本工作方式如下：
（1）夏季：通过启用表冷段和二次加热段，实现对空调温湿度的自动调节;
（2）冬季：通过启用一次加热段、喷淋段和二次加热实现温湿度的自动调节。
4.2 加湿系统在温湿度控制实现中作用
涂装工艺空调系统实现温湿度准备控制需要配置加湿系统进行湿度及温度的双重调节，本次空调系统采用的是集中加湿系统，加湿工艺流程图如图2所示。
（1）集中式空调加湿系统由加湿水槽、水泵、管道阀门系统、化学品添加系统及控制系统组成，可将加湿水槽、水泵及杀菌剂加药系统集中放置在一层循环水池间内，通过主管路将纯水送至各工艺空调的加湿段，回水利用重力回流到加湿水槽，加湿水可重复利用，但需定期更换以避免长菌影响送风质量及堵塞系统部件。
（2）加湿系统用于调节送风的温湿度。通过加湿段喷淋控制的电动阀来实现PID控制，實时调节以达到工艺要求。当湿度不足时逐渐调大电动阀的开度，自动调整直至湿度达到设定值。当送风湿度高于设定值时自动递减电动阀的开度。
4.3 温湿度的自动控制系统
涂装工艺对喷漆室温湿度工艺要求有严格的控制需求，通常温度为20～30℃，湿度为60%～70%，温湿度调节需要由空调装置实现[2]。对空调系统进行准确的温湿度控制需要使用PID调节，在制冷、加热、加湿的系统管路上各安装一个电动阀，并进行系统编程，根据工艺控制温湿度要求设置合适的PID参数，在空调开启后实现实时的动态平衡，根据实际应用统计，在空调风机开启后15～30分钟，可以实现喷漆室温室度从外界温度控制在工艺控制范围，温度波动范围±1度，湿度波动范围±5%。
A 温湿度的控制过程
对于在空调系统中的温湿度控制过程的空气状态变化，可使用图3来展示空气状态的改变过程，说明如何实现的空气温湿度的控制。
（1）在焓湿图上，当室外的温湿度位于区域I时，此时一般是高温低湿的情况，比如状态点A1，需开表冷段和喷淋加湿段，首先通过表冷工艺将空气降温，将状态点移动到等焓线上，再通过等焓加湿，可达到工艺要求点O。
（2）在焓湿图上，当室外的温湿度位于区域II时，此时一般是低温，比如状态点A2，
需开一次加热和喷淋加湿段，先通过升温，可将状态点改变移动到等焓线上，再通过等焓加湿过程，可达到工艺要求点O。
（3）在焓湿图上，当室外温湿度点位于区域III（1），此时一般是高温，以及III（2），比如状态点B1和B2，需开表冷段和二次加热段，先降温进行过冷除湿，将状态点移动到绝对含水量线上，然后通过二次加热降低相对湿度，可达到工艺要求点O。
B温湿度控制的应用操作
在汽车涂装车间的空调系统中一般设置有自动的温湿度控制系统，集成为计算机界面，直观的进行温度度控制系统的操作及调整设置。
（1）当空调运行在冬季模式时，一次加热电动阀起作用;夏季模式时表冷段电动阀起作用，根据实时的温湿度进行调整。
（2）当需要重新设置PID参数时进入PID调整界面，如图5所示，根据实际控制需求进行PID参数的微调，以满足控制精度要求。
（3）在生产启动前，根据当前室外温湿度点在焓湿图中的位置，与控制温度点（23℃，65%）或者（28℃，65%）的位置做比较，得出理论上需要运行的模式。
5 空调温湿度自动控制应用效果
（1）实际温湿度情况：通过采用集中加湿与自动PID调节的控制系统对涂装车间工艺空调系统进行控温控湿，可以确保喷漆室的温室度在喷漆工艺要求的范围内，精度可达到温度±1度，湿度±5%，系统随外界温湿度变化响应调整速度快，喷漆室的实际湿度变化曲线如图6，温度变化如7所示。
（2）生产效率及返修成本：通过空调系统稳定的温湿度控制，可大大降低由于喷漆室温湿度不稳定原因造成的质量问题返修，提高效率，节约成本。根据某汽车厂的实际应用数据对比，喷漆室进行温湿度的稳定控制后，与之前湿度不控制，温度控制精度低相比，返修率明显降低，生产效率显著提高，具体对比数据见表2。
6 結束语
通过对汽车涂装工艺空调系统设计探讨及应用分析，可以得知涂装工艺空调的合理设计
及温湿度控制可有效提升产品质量和生产效率，降低运行返修成本。因此在当前的汽车涂装行业，设计及采用一套能稳定控温控湿的空调系统已经是一个先进汽车涂装车间必须配置的设备系统之一，这将大大提升汽车涂装的质量，降低生产成本，提升产品的市场竞争力。同时，在确保温湿度稳定控制的前提下，如何设计及应用更加高效节能的空调系统需进一步的研究，如：不同喷漆室下的空调循环风回用节能技术应用研究;由于部分地区燃气价格低，如何按需选择更合适更高效的空调热源，等等。总之，对于汽车涂装来说，高效、节能、绿、环保的先进制造工艺技术将会是未来汽车涂装技术发展的主流方向。
【参考文献】
[1]裴一庆，樊向羽，姚重庆.关于循环风空调利用的经济性分析，技术与经验交流，2017年8月 第20卷第8期，P27.
[2]李伟，李晓明.涂装车间喷漆室工艺空调系统的设计及调试 2018中国汽车工程学会年会论文集，P1769.
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