工地噴霧降塵系統設計

申慶赟

摘 要：本文結合相關理論研究及工程實踐，研究了工地噴霧降塵系統。首先闡述了工地噴霧降塵系統的工作原理，然后對系統分類及構成進行分析，并提出了選用要點，最后介紹了噴霧降塵系統設計的基本參數、水霧噴頭的選擇原則及系統的水力計算。

關鍵詞：綠色施工;揚塵控制;噴霧降塵;水力計算

Abstract： This paper combined relevant theoretical research and engineering practice， refined the design of the field spray dust dropping system. Firstly， the working principle of the field spray dust dropping system was described， then the classification and composition of the system were analyzed， and the selection points were put forward， finally， the basic parameters of the spray dust dropping system design， the selection principle of water spray head and the hydraulic calculation of the system were introduced.

Keywords： green construction;dust control;spray dust;hydraulic calculation

隨著國家不斷加大大氣污染的治理力度，建筑施工工地揚塵管控越來越嚴格，噴霧降塵系統已成為揚塵治理的重要措施。工地噴霧降塵系統的作用是降塵，目的是控制施工場地邊界揚塵值，降低揚塵排放率，與用于消防的噴霧滅火系統、用于工業的噴霧除塵系統以及用于農業的農藥噴霧系統有較大不同。為保證工地噴霧降塵系統經濟、高效運轉，相關單位應對其進行詳細設計。但目前，關于這方面的相關研究論述較少，給工程技術人員設計應用帶來不便。本文結合相關理論研究及工程實踐，從系統原理、系統組成及組件、設計計算3個方面出發，對工地噴霧降塵系統的設計進行總結和提煉。

1 噴霧降塵系統原理

噴霧降塵是指將水分散成霧滴噴向塵源的抑制和捕捉粉塵的方法與技術。原理是利用噴霧產生的微粒，由于其極其細小，表面張力基本上為零，噴灑到空氣中能迅速吸附空氣中的各種大小灰塵顆粒，形成有效控塵。水霧化是一個多相、瞬態的復雜過程，需要消耗較大部分的霧化能量，將水在噴口處破裂成薄膜或絲狀，然后產生一個較大的速度梯度，通過與空氣高速摩擦，將薄膜伸展至破裂點，最后形成霧滴噴灑出去。

2 噴霧降塵系統分類及結構

2.1 系統分類

噴霧降塵系統有固定式和移動式兩種裝置形式。其中，固定式噴霧降塵系統有設置于工地圍擋、道路、樓層、塔吊、封閉垃圾站等位置的噴霧降塵系統，如圖1所示。移動式裝置可起到固定裝置的輔助作用，包括手推除塵霧炮機、霧炮車等，如圖2所示。

2.2 系統構成

2.2.1 加壓給水設備。噴霧降塵系統加壓給水設備一般由水箱、水泵、氣壓罐、控制柜及相應附件組成，可單獨設置，也可與工地臨時生產、生活及消防用水加壓設備共用。為便于周轉，水箱一般采用裝配式水箱，制作材料為普通鋼板、鍍鋅鋼板、不銹鋼板、玻璃鋼板、塑料板等。水箱的有效容積應根據系統用水量計算確定。水泵一般選用離心式水泵，水泵流量、揚程根據系統所需流量、壓力確定。氣壓罐主要起穩壓、增壓和水量調節作用，一般選用變壓式隔膜氣壓罐、變壓補氣式氣壓罐。為保證加壓給水設備安全、節能、高效運行，控制柜一般選用變頻控制柜，并具備水箱缺水保護、水泵自動啟停等功能。

2.2.2 配水管。噴霧降塵系統配水管一般選用鋼管、PPR給水管、PE給水管、PVC給水管等管材。不同配水管材的比較如表1所示。

塔吊噴霧降塵系統配水管道可選用鋼絲編織橡膠軟管，具有耐油、耐熱、耐老化，承壓能力高，材質柔軟，耐曲繞性和耐疲勞性好的優點。鋼絲編織橡膠軟管可根據塔吊高度，成盤卷置在塔吊旁，隨同塔吊一起頂升，避免反復拆裝配管。

2.2.3 水霧噴頭。水霧噴頭是噴霧降塵系統的關鍵部件，一般為不銹鋼、銅、陶瓷或塑料材質。水霧噴頭性能的優劣，直接關系到降塵效果和系統運行經濟性。常見的國產水霧噴頭有扇形霧噴頭、切向離心式空心圓錐霧噴頭、渦流片式空心圓錐霧噴頭、渦流芯式空心圓錐霧噴頭、旋流芯式實心圓錐霧噴頭和螺旋錐形噴頭等。

2.2.4 控制閥及聯動控制系統。為保證噴霧降塵系統經濟、高效運行，施工單位應配置控制閥及聯動控制系統。

控制閥主要有手動控制閥和電磁閥。①手動控制閥滿足系統的手動控制和檢修需要;②電磁閥與控制系統聯動，實現噴霧降塵系統的自動控制。

聯動控制系統主要由手機APP遠程無線控制系統、環境監測及降塵除霾聯動控制系統等構成。①手機APP遠程無線控制系統主要是在電磁閥控制箱內配置智能控制模塊，通過無線網卡連接手機APP，實現手機APP遠程控制閥門啟閉。②環境監測及降塵除霾聯動控制系統由監測系統、數據顯示傳輸系統、環境預警干預系統3部分組成，可對工地現場的溫度、濕度、PM2.5、PM10、風力、風向、噪音和有害氣體等環境項目進行實時監測，并將數據傳輸至云平臺存儲分析。通過電腦、手機APP實時查看相關數據，并在現場設LED屏幕顯示數據。當PM2.5、PM10等污染指數超過設定的預警值時，通過系統控制箱和電磁閥聯動，自動啟動噴霧降塵系統。

打開電磁閥后，加壓給水設備控制箱通過設置在配水系統上的電接點壓力表或遠傳壓力表監測系統壓力，當壓力降到系統設置的最低值時，加壓設備啟動，同時水箱內水位下降，浮球閥自動打開，進行補水。電磁閥關閉后，系統壓力增高，當壓力升高到系統設置的最高值時，加壓設備停止運行。

3 噴霧降塵系統的水力計算

3.1 噴霧降塵系統設計的基本參數及水霧噴頭的選擇

3.1.1 噴霧降塵系統設計的基本參數。噴霧降塵系統的基本參數包括：水霧噴頭的工作壓力、水霧噴頭的流量系數、水霧噴頭流量、水霧噴頭布置間距。

①水霧噴頭的工作壓力。同一種水霧噴頭，工作壓力越高，霧化效果越好。用于工地降塵時，水霧噴頭的工作壓力以0.20～0.40MPa為宜。工作壓力過小，霧化效果差，降塵效率低。但是，工作壓力過高，會增加運行成本。

②水霧噴頭流量，可用公式（1）求得。

3.1.2 水霧噴頭的選擇。①霧滴飄移。受自然環境的影響，霧滴飄移是普遍存在的現象。影響霧滴飄移的因素很多，主要包括霧滴尺寸、風速、風向等。霧滴的原始尺寸是引起飄移的最主要因素，霧滴越小，順風飄移就越遠，霧滴尺寸大小對飄移的影響如表2所示。霧滴越小，風速越大，飄移越遠，與空氣中的污染顆粒吸附效果越好，降塵效果也越好。不同壓力下水霧噴頭的流量系數、流量、霧化角、噴灑直徑、霧滴尺寸等參數，可以通過廠家提供的噴頭性能參數表查詢。②水霧噴頭選擇原則。兼顧經濟性、實用性;宜選用低壓噴頭;在噴霧壓力和噴霧量相同的情況下，宜選用霧化角大的噴頭;在相同噴霧量、相同壓力和相同霧化角的情況下，宜選用霧滴尺寸小的噴頭。

式中：[H]表示系統管道入口或水泵的計算壓力;[h]表示系統管道沿程水頭損失與局部水頭損失之和;[h0]表示最不利點水霧噴頭的實際工作壓力;[Z]表示最不利點水霧噴頭與系統管道入口或水箱最低水位的高程差。當系統管道入口或水箱最低水位高于最不利點水霧噴頭時，[Z]應取負值;水泵揚程可按計算揚程[H]乘以1.05～1.10后選泵。

4 噴霧降塵系統設計實例

本文以某施工工地圍墻噴霧降塵系統為例，進行相關設計計算：某施工工地圍墻長度1 068.74m，圍墻高度2.6m，擬在圍墻頂部設置噴霧降塵系統。加壓設備與工地臨時生產、生活及消防用水共用，從沿圍墻底部明敷的工地臨時水主干管上引出一根噴霧降塵系統專用管道，管道采用標準尺寸比SDR11、公稱壓力1.25MPa的HDPE給水管，熱熔連接，管路配裝手動閥和電磁閥，采用環境監測及降塵除霾聯動控制系統、手機APP遠程控制兩種控制方式。水霧噴頭采用工農-16型切向離心式空心圓錐水霧噴頭，噴孔徑1.3mm，最不利點水霧噴頭的工作壓力取0.30MPa，霧化角88°，噴頭水平噴射射程0.77m，系統設計計算如下。

根據以上計算結果，整個圍墻噴淋擬分為3道管路，第1、2道管路分別控制238個噴頭，第3道管路控制237個噴頭。

水頭損失：根據沿程水頭損失計算公式計算可得第1、2道管路的沿程損失為0.30MPa，第3道管路的沿程水頭損失為0.30MPa。局部水頭損失取沿程水頭損失的20%。第1、2、3道管路水頭損失約為0.36MPa。

每道管路入口壓力：

通過以上計算結果可以看出，工地噴霧降塵系統對用水量、水壓要求均較高，如不進行詳細設計計算，難以保證其正常運行，甚至會對施工生產和消防水正常使用產生不利影響。

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