空氣能洗手還能節水90%

牛偉坤

用空氣洗手？聽起來是不是有點兒像天方夜譚？還真不是。由清華大學、浙江大學等高校學生組成的創業團隊在博士生李啟章的帶領下，就將這個看似不可能的夢想變為現實啦！他們也憑借此項目，拿下了2017年北京地區高校大學生優秀創業團隊一等獎。

突發奇想為節水用空氣洗手

說起來，“空氣洗手”的創意來得還真是有些“機緣巧合”。

大三時，李啟章報名參加了“大學生節能減排科技競賽”。當年10月，正是隊員們為項目選題集思廣益的時候，有一天這群年輕人在食堂吃飯時，看到身邊有同學在用水洗手?！坝盟词侄嗬速M啊，為什么不用空氣來洗手呢？”有人開啟了腦洞。沒想到，這個聽上去有點兒不著調的大膽想法卻得到了大家的一致響應。原來，當時這幾個能源系的學生剛學完一門叫作《流體力學》的專業課程，從理論上來看，用另外一種流體代替水流來完成洗手這個想法完全有可能實現。

其實，在此之前，團隊成員們對于參賽選題已經有了一定的想法：比如，有人提出做一個水上自動巡航機器人，機器人可以通過檢測河道污染物的濃度及濃度梯度，定位污染源并自動巡航尋找污染源；也有人提出打造一款藻類回收機，通過章魚般的觸角設計，實現對湖面藻類污染物的快速收集和處理；還有人提出設計一款波浪能的海水淡化裝置，為遠洋船舶提供海水淡化。這些項目都有著很強的節能減排背景，也有著很強的應用價值。

經過對每個項目的綜合評估之后，大家還是“忍痛割愛”選擇了“空氣洗手”?！斑@主要是基于創新性和生活貼合度的考慮?！崩顔⒄赂嬖V記者，與其他項目相比，“空氣洗手”的效果更加明顯和直觀，尤其最開始版本的空氣洗手裝置采用重力驅動，當使用者站上洗手裝置前約22厘米高的踏板時，踏板由于人體重力而下沉，通過滑輪組牽引活塞擠壓空氣獲得高速氣流，令水龍頭噴出霧狀水滴，“不需要額外的能耗，更符合比賽節能減排的精神。”另外，在隊員們看來，“空氣洗手”項目更貼近大家的日常生活，更有利于公眾快速地理解和認知。

花費兩年做了幾千次實驗

隊員們通過研究發現，洗手過程中，僅有5%的水用于溶解手上的污漬，95%的水都用于沖走污漬。那么，能否用空氣流體替代這些用于沖洗的水呢？對于隊員們來說，整個項目需要解決兩大核心問題：一是氣從哪里來？二是氣和水該怎么混合？相對應地，他們就要設計出合理的重力驅動架構以及霧化結構。只有這兩個問題解決了，整個裝置才能實現良好的霧化效果，從而達到清洗和節水的目的。

首先要解決一個疑問，氣水混合的方式是否真的能實現清洗呢？團隊成員們設計了自己的驗證方案，便一頭扎進了實驗室里?！俺松险n、吃飯、睡覺，其余所有的時間都在做項目研發，一整年的時間都待在了實驗室里?！崩顔⒄禄貞浾f，所有的實驗都得他們本人上陣，“大家都是輪流洗手?！贝蠖炖铮艿綄嶒瀳鏊南拗?，每個人得自帶熱水，然而水量敵不過一次次反復的“折騰”，最后只能冷水上陣。1個多月的實驗期，通過檢測不同工況下不同污漬的清洗效果，團隊驗證了這個方向的可行性。

洗是能洗干凈，但是離他們的理想狀態還有不少差距。比如，清洗體驗就有待完善，不是氣壓太大給手部帶來疼痛感，就是霧化效果不佳，讓人有水滴直接打在手上的感覺。這些直觀顯示出來的問題需要對裝置進行進一步的優化，而關鍵就在于霧化結構的調整。

一開始，團隊針對項目所需要的特定使用場景，試圖從市面上選取可行的霧化技術，不過后來發現，因為裝置是在低壓的工況下運行，所以對市面上的霧化結構需要進行重新設計和優化。

對于空氣洗手裝置而言，整個裝置核心的霧化模塊有3個零件，不同零件又有不同的參數?！办F化效果不好，我們就需要對這個結構進行分析，是哪個參數出了問題，還是氣水混合得不夠充分?！倍鲞@樣的定位，可能意味著幾百甚至上千種組合方案的逐一測試。其中的一大困擾就是漫長的工期，一般零件的加工周期就要2個星期，這樣一來，產品的優化需要大量的時間成本，“大概也就只有學生團隊才有這么奢侈的資本，要不然漫長的實驗過程很容易讓人看不到盡頭?！弊罱K，實驗團隊花了近2年的時間、做了幾千次實驗，完成了霧化效果的優化——高速氣流代替水發揮清洗過程的機械作用帶走污漬，細密的水霧發揮溶解作用，兩者協同完成高效清洗，實現90%的平均節水率。

為什么團隊成員在霧化效果上會這么執著呢？原來，裝置的清洗效果與霧化效果直接相關，水霧的細密程度、霧狀的張角、水滴的粒徑等直接決定了清洗的覆蓋面積，從而影響到清洗效果。最終的顯色實驗和細菌實驗也證實，有著良好霧化效果的“空氣洗手”裝置清潔效果明顯優于普通水流洗手。

已進入市場開始試點安裝

目前，“空氣洗手”裝置亮相富士康廠區，這已經是團隊升級后的第2代產品了。與重力驅動不同的是，新版本的裝置采用了電力驅動，直接通過電機將空氣進行壓縮。

原來，團隊成員前期進行了充分的市場調研和實地采訪，大家普遍反映，洗手之前先站上一個平臺來輔助出水出霧，感覺比較麻煩，“從國內的市場來看，要求大家改變洗手習慣比較困難”。另外，隨著技術的改進，實驗團隊已經實現了低壓狀況下良好霧化效果的呈現。也就是說，即使使用電力，整個裝置也不會增加太多能耗，反而還能讓公眾使用起來感覺更加方便。

在團隊成員看來，這項享有多項知識產權的技術未來有著廣闊的應用前景。單就節水來說，目前市場上的節水龍頭一般分為感應龍頭、延時龍頭、充氣式龍頭等，其節水原理均為減少單位面積出水量，但容易導致洗手效果不佳、節水效果一般，難以從根本上解決水資源浪費的問題?！拔覀兊脑O計采用了流體替代清洗的理念和方式，節水效果遠遠比之前的節水技術要好得多；而且經過理論計算和方案設計以及后期的實驗驗證，清洗的效果也比傳統水壓霧化有優勢。”這群年輕人自信地表示。

2017年6月1日，以“空氣洗手”技術為支撐的北京沐羽科技公司成立?！翱諝庀词帧碑a品目前已在北京市正式開始了試點安裝，大學生創業者們希望未來能將這一技術拓展于淋浴、洗車、工業清洗等多個領域，實現節水領域的全面突破。endprint