建筑工地高空除塵系統的研究與開發

單宇　張源

摘 要：利用建筑工地塔吊懸臂的高空性和可旋轉性，在塔吊懸臂上配置供水管及噴霧裝置，使水以極細微的霧化方式噴出，利用粉塵的親水性，吸收空氣中的粉塵從而降低空氣粉塵濃度，凈化空氣，為我們的建筑工地除塵系統帶來最優化處理。

關鍵詞：建筑工地；除塵；高空噴霧；塔吊懸臂

時下中國經濟呈現迅速增長的勢頭，城市化水平不斷提高。現有數據顯示，我國的建筑面積約400億立方米。這些建筑最多可以利用大約一百年。隨著城市規模的不斷擴大，許多老舊房屋需要重新建設，在城市中不可避免地出現了大量的建筑工地，各種建筑工地給周圍環境造成了非常惡劣的影響，首當其沖的就是粉塵污染。建設過程中產生的大量建筑粉塵，如果任由其四處飛揚，將會給整個城市蒙上一層厚厚的灰塵，嚴重破壞了自然景觀和生態環境。此外，開發新的建筑群需要大量的建筑工人投入到建筑一線去，導致了矽肺病患者的人數急速攀升，嚴重影響了社會勞動群體的身體健康和正常生活。因此。在加快城市化發展的同時，加強建筑工地環節對粉塵的防護，盡可能減少建筑粉塵對建筑工人和周邊居民身體傷害，堅持以人為本，構建節約型社會，形成個人和社會協調發展具有重要意義。

建筑施工工地產生粉塵的作業環節多，分布面廣，形成原因復雜，給建筑工人造成的身體損害大，而傳統的粉塵控制方法的控制形式比較單一，現有技術中一般是在建筑工地的固定建筑物或者四周的地面上裝設大量的噴水裝置，利用噴水的噴射水起到降塵，除塵的作用。但是，這種方式有以下不足之處：首先，噴水裝置固定于地面上，噴射水的高度不夠，所能控制的范圍也不夠，無法對較高或較大范圍的揚塵進行降塵，也不能在有風等天氣下工作；其次，固定于建筑物上的噴水裝置，處于不能運動的狀態，高度一定，降塵控制范圍為固定不可調，不能對揚塵進行全方位處理：最后，噴射的水量無法根據實際需要調節，造成水量的浪費。因此需要采用新的技術手段對建筑工地產生的粉塵進行處理。

建筑工地高空除塵系統設計分析

1.高空噴霧降塵裝置原理

高空噴霧降塵裝置是利用建筑工地的塔機，將管路固定在塔機的標準節上，管路通過旋轉接頭與噴桿在塔機的回轉支撐中心處連接，噴桿固定在塔機臂架上，噴桿上均勻分布若干數量的噴嘴，這樣多級離心水泵的水就可以送到數十甚至上百米高空，并通過塔機的回轉，達到大面積噴霧降塵的效果。以T320-16的平頭塔機為例，臂架長度80m，回轉作業時，噴霧降塵的面積可以達到3.14×802=20096m2。假設水泵最大的流量300L/min，那么理想狀態下每平方米的降水量達到300÷20096=14.9mL/min；在干旱高溫的季節，它的效果在建筑工地是非常明顯的。

2.高空噴霧降塵裝置結構設計

設定管路中的流速為1.5m/s，水泵流量4～8L/s，已知塔機臂架的長度為80m，離地高度為120m，需要確定水泵的揚程和管路管徑及噴桿上噴嘴的型號及數量等。

2.1 管徑的確定

根據水力學公式計算管內徑：

水泵流量取5L/s，流速為1.5m/s代入公式d=0.065m

所以鋼管取通徑DN65的無縫鋼管。

2.5 噴嘴數量及型號

塔機臂架的長度為80m，水泵流量4～8L/s，考慮離地高度達到120m，出口壓力按照3bar（300kPa）設計；間隔1m左右分布80個噴嘴，選取H1/4U-SS9510型低壓噴嘴，在3bar壓力下流量為3.9L/min；所以噴霧水總流量：ΣL=3.9×80=312L/min，5.2L/s。

2.6 水泵選擇

經上計算水泵揚程為152m，流量為5.2L/s，即18.72m?/h，考慮到節約水資源和電能，可以選擇機電控制水泵，故設計一個自動化控制水泵。該裝置通過出水水壓檢測器和出水流速檢測器能夠有效得出出水量數據，通過數據集成箱反饋給增壓水泵上的水壓調節器，從而改變離心式水泵轉速，使水泵在高效區工作，控制出水量和出水壓力，以滿足霧化噴嘴要求的末端壓力和水量，在達到控制工地塵粒的同時，也達到了節能節水的效果。

2.7 管路設計

管路由通徑DN65低壓流體輸送管及耐壓輸水膠管及卡箍組成；低壓流體輸送管市場上長度是6m一根，內徑φ65mm；鋼管兩端焊卡接頭，通過耐壓輸水膠管及卡箍，兩兩首尾相連，耐壓輸水膠管每段長度0.3m，塔機離地高度為120m，經驗算得19×6+18×0.3=119.4m，這樣需要鋼管的數量為19根，膠管的數量和長度分別為18根和5.4m；管路固定在塔機的標準節上面。

2.8 旋轉接頭

考慮塔機的回轉速度非常慢，所以高空噴霧降塵裝置對旋轉接頭要求并不是很高，基于實際首先選擇低速旋轉接頭，其采用環形無油軸承。

由于塔吊的塔臂旋轉，選用QD型旋轉接頭（單向內管固定式），QD型旋轉接頭有兩個用螺釘相連的外殼，一個部分呈圓形，中間伸出一個外管，為固定管，外觀前部是螺紋，連接入水鋼管，另一部分后面有一個側段開口，該開口連接塔臂上的鋼管，為旋轉管，連接入口均需用金屬軟管。當塔臂旋轉時，與其連接的接頭也隨之旋轉，從而保證塔吊工作時除塵系統可以可靠運行。

2.9 噴桿設計

噴桿結構與管路結構相似，由通徑DN65低壓流體輸送管、耐壓輸水膠管、卡箍、噴嘴等結構組成，固定在塔機臂架上。由于塔機臂架有80m長，經驗算得，需要鋼管的數量為13根（其中1根4m長，其余12根6m長）、膠管的數量和長度分別為13根和3.9m。由前面知道需要80個噴嘴，那么每2個噴嘴的間距是76÷79=0.96m。

3 工作展望

本裝置可有效降低空氣中粉塵的含量，在風速低于二級的情況下，高空噴淋可使工地大氣中的顆粒物濃度降低84%。尤其是當施工現場發生消防安全事故時，可通過調節噴淋裝置加大噴灑水量，利用全方位覆蓋的優勢，配合施工現場的滅火，迅速消除險情。對于綠色施工而言，本裝置對環境保護可起到巨大的作用，但對于施工單位而言，安裝本裝置產生的費用為額外費用，并沒有帶來實際的效益，對施工單位不具有迫切性，推廣較為困難。建議將建筑高空除塵納入綠色施工考核項目，促使施工單位采取措施控制粉塵，減輕霧霾對環境的污染。

參考文獻

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[3]申琪玉，李惠強《綠色施工應用價值研究》[J]施工技術，2005年11期