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空气能洗手 还能节水90%

类别:城市节能 发布时间:2019-04-08 编辑:节能小编 热量值:

  用空气洗手?听起来是不是有点儿像天方夜谭?还真不是。由大学、浙江大学等高校学生组成的创业团队在博士生李启章的带领下,就将这个看似不可能的梦想变为现实啦!他们也凭借此项目,拿下了2017年地区高校大学生优秀创业团队一等。

  大三时,李启章报名参加了“大学生节能减排科技竞赛”。当年10月,正是队员们为项目选题集思广益的时候,有一天这群年轻人在食堂吃饭时,看到身边有同学在用水洗手,“用水洗手多浪费啊,为什么不用空气来洗手呢?”有人了脑洞。没想到,这个听上去有点儿不着调的大胆想法却得到了大家的一致响应。原来,当时这几个能源系的学生刚学完一门叫做《流体力学》的专业课程,从理论上来看,用另外一种流体代替水流来完成洗手这个想法完全有可能实现。

  其实,在此之前,团队们对于参赛选题已经有了一定的想法:比如,有人提出做一个水上自动巡航机器人,机器人可以通过检测河道污染物的浓度及浓度梯度,定位污染源并自动巡航寻找污染源;也有人提出打造一款藻类回收机,通过章鱼般的触角设计,实现对湖面藻类污染物的快速收集和处理;还有人提出设计一款波浪能的海水淡化装置,为远洋船舶提供海水淡化。这些项目都有着很强的节能减排背景,也有着很强的应用价值。

  经过对每个项目的综合评估之后,大家还是“忍痛割爱”选择了“空气洗手”。“这主要是基于创新性和生活贴合度的考虑。”李启章告诉记者,与其他项目相比,“空气洗手”的效果更加明显和直观,尤其最开始版本的空气洗手装置采用重力驱动,当使用者站上洗手装置前约22厘米高的踏板时,踏板由于人体重力而下沉,通过滑轮组牵引活塞挤压空气获得高速气流,令水龙头喷出雾状水滴,“不需要额外的能耗,更符合比赛节能减排的。”另外,在队员们看来,“空气洗手”项目更贴近大家的日常生活,更有利于快速地理解和认知。

  队员们通过研究发现,洗手过程中,仅有5%的水用于溶解手上的污渍,95%的水都用于冲走污渍。那么,能否用空气流体替代这些用于冲洗的水呢?对于队员们来说,整个项目需要解决两大核心问题:一是气从哪里来?二是气和水该怎么混合?相对应地,他们就要设计出合理的重力驱动架构以及雾化结构。只有这两个问题解决了,整个装置才能实现良好的雾化效果,从而达到清洗和节水的目的。

  首先要解决一个疑问,气水混合的方式是否真的能实现清洗呢?团队们设计了自己的验证方案,便一头扎进了实验室里。“除了上课、吃饭、睡觉,其余所有的时间都在做项目研发,一整年的时间都待在了实验室里。”李启章回忆说,所有的实验都得他们本人上阵,“大家都是轮流洗手。”大冬天里,受到实验场所的,每个人得自带热水,然而水量敌不过一次次反复的“”,最后只能冷水上阵。一个多月的实验期,通过检测不同工况下不同污渍的清洗效果,团队验证了这个方向的可行性。

  洗是能洗干净,但是离他们的理想状态还有不少差距。比如,清洗体验就有待完善,不是气压太大给手部带来疼痛感,就是雾化效果不佳,让人有水滴直接打在手上的感觉。这些直观显示出来的问题需要对装置进行进一步的优化,而关键就在于雾化结构的调整。

  一开始,团队针对项目所需要的特定使用场景,试图从市面上选取可行的雾化技术,不过后来发现,因为装置是在低压的工况下运行,所以对市面上的雾化结构需要进行重新设计和优化。

  对于空气洗手装置而言,整个装置核心的雾化模块有三个零件,不同零件又有不同的参数。“雾化效果不好,我们就需要对这个结构进行分析,是哪个参数出了问题,还是气水混合得不够充分。”而要做这样的定位,可能意味着几百、甚至上千种组合方案的逐一测试。其中的一大困扰就是漫长的工期,一般零件的加工周期就要两个星期,这样一来,产品的优化需要大量的时间成本,“大概也就只有学生团队才有这么奢侈的资本,要不然漫长的实验过程很容易让人看不到尽头。”最终,实验团队花了近两年的时间、做了几千次实验,完成了雾化效果的优化高速气流代替水发挥清洗过程的机械作用带走污渍,细密的水雾发挥溶解作用,两者协同完成高效清洗,实现90%的平均节水率。

  为什么团队在雾化效果上会这么呢?原来,装置的清洗效果与雾化效果直接相关,水雾的细密程度、雾状的张角、水滴的粒径等直接决定了清洗的覆盖面积,从而影响到清洗效果。最终的显色实验和细菌实验也,有着良好雾化效果的“空气洗手”装置清洁效果明显优于普通水流洗手。

  近日,“空气洗手”装置亮相富士康厂区,这已经是团队升级后的第二代产品了。与重力驱动不同的是,新版本的装置采用了电力驱动,直接通过电机将空气进行压缩。

  原来,团队前期进行了充分的市场调研和实地采访,大家普遍反映,洗手之前先站上一个平台来辅助出水出雾,感觉比较麻烦,“从国内的市场来看,要求大家改变洗手习惯比较困难。”另外,随着技术的改进,实验团队已经实现了低压状况下良好雾化效果的呈现;也就是说,即使使用电力,整个装置也不会增加太多能耗,反而还能让使用起来感觉更加方便。

  在团队看来,这项享有多项知识产权的技术未来有着广阔的应用前景。单就节水来说,目前市场上的节水龙头一般分为龙头、延时龙头、充气式龙头等,其节水原理均为减少单位面积出水量,但容易导致洗手效果不佳、节水效果一般,难以在根本上解决水资源浪费的问题。“我们的设计采用了流体替代清洗的和方式,节水效果远远比之前的节水技术要好得多;而且经过理论计算和方案设计以及后期的实验验证,清洗的效果也比传统水压雾化有优势。”这群年轻人自信地表示。

  今年6月1日,以“空气洗手”技术为支撑的沐羽科技公司成立。“空气洗手”产品目前已在市正式开始了试点安装,大学生创业者们希望未来能将这一技术拓展于淋浴、洗车、工业清洗等多个领域,实现节水领域的全面突破。

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