Jak już wiemy, każda kabina lakiernicza składa się z dwóch obszarów:
- pomieszczenia, opisanego w poprzednim numerze oraz z
- agregatów, z wentylatorami i wymiennikiem ciepła do podgrzewania powietrza, układu kanałów nawiewu podgrzanego powietrza i wyciągu powietrza zanieczyszczonego oraz układów sterowania i zabezpieczeń.

W dziale “pomieszczenia” najważniejszym elementem jest układ filtrów podłogowych, natomiast w dziale “agregaty” najważniejsze są wentylatory, służące do przetłoczenia obliczonej wcześniej ilości powietrza.

Agregaty i urządzenia Wentylatory
Zgodnie z normą EN (PN) 13355, kabina lakiernicza powinna być wyposażona w dwa wentylatory: nadmuchowy i wyciągowy.
Stosowane w oferowanych kabinach wentylatory to wentylatory promieniowe, napędzane silnikami elektrycznymi. Wentylatory te pobierają powietrze z płaszczyzny osiowej (czyli z boku) i wyrzucają w płaszczyźnie promieniowej (czyli w dowolnym kierunku – do przodu, do tyłu, do góry lub na dół, w zależności od ustawienia kanału wylotowego. Można je podzielić na:






- wentylatory bębnowe: jedno- lub dwustrumieniowe (fot. 1). Jednostrumieniowe montowane są najczęściej na osi silnika. Rozwiązanie to jest bardzo tanie, ale niska sprawność wyeliminowała je z zastosowania do nowoczesnych kabin lakierniczych.

Dwustrumieniowe napędzane są przez przekładnię pasową. Wirnik wentylatora bębnowego ma łopatki proste odchylone do tyłu i jest ich relatywnie więcej niż w wirnikach odśrodkowych. Wentylatory bębnowe mają większą wydajność z 1kW mocy silnika napędowego. Ale ta wydajność znacznie się obniża w miarę zanieczyszczania filtrów podłogowych. Dlatego też producenci kabin montujących wentylatory bębnowe muszą stosować wentylatory o większej wydajności, żeby już przy pierwszych pracach lakierniczych nie był odczuwalny spadek wydajności przepływu powietrza w kabinie, a co za tym idzie zmniejszenie prędkości przepływu powietrza.

Większa wydajność jest, w tym przypadku, także argumentem marketingowym. Można się pochwalić, że oferowane kabiny mają wyższą wydajność. Zaletą wentylatorów bębnowych jest niższa cena i cichsza praca. Poza tym większa liczba łopatek wirnika zmniejsza zjawisko pulsowania powietrza, przepływ jest bardziej równomierny. Wentylatory bębnowe mają także możliwość regulacji wydajności wentylatorów przez zmianę przełożeń przekładni pasowej – tylko po co?






- wentylatory odśrodkowe: tylko jednostrumieniowe (fot. 2), ponieważ montowane są bezpośrednio na wale silnika. Łopatki tych wentylatorów są zakrzywione i jest ich mniej niż w wentylatorach bębnowych. Zaletą wentylatorów odśrodkowych jest stała wydajność tłoczonego powietrza, bez względu na zanieczyszczenia filtrów podłogowych. Oznacza to, że wentylatory te pracują z taką samą wydajnością przy dużych wartościach sprężu. Można zatem powiedzieć, że parametr w postaci sprężu dla tych wentylatorów nie istnieje. Podawanie sprężu jest ważne przy wentylatorach bębnowych, ponieważ niektórzy producenci kabin podają maksymalną wydajność wentylatorów, a nie nominalną.

Dla przykładu: minimalna moc silnika, potrzebna do uzyskania obliczonej wcześniej wydajności wentylatora – około 25 000 m3/godz., przy wentylatorach jednostrumieniowych, mocowanych bezpośrednio na wale silnika wynosi 7,5 kW. Dla wentylatorów bębnowych, napędzanych przekładnią pasową, wydajność, przy takiej samej mocy silników będzie większa, nawet do 28 000 m3/godz., ale bardzo szybko spada, gdy filtry podłogowe zapychają się już przy pierwszych pracach lakierowania.

Wskaźnik ciśnienia
Z wentylatorami związane jest utrzymywanie w kabinie małego nadciśnienia (3-5 Pa), a zgodnie z normą EN (PN) 13355 zalecane jest nawet utrzymywanie w kabinie podciśnienia. Jest to tylko zalecenie, które jest ważne dla bezpieczeństwa, ponieważ nie pozwala na wydostawanie się z kabiny powietrza zawierającego niebezpieczny poziom stężenia par rozpuszczalników. Z drugiej strony, jest sprzeczne z wymogami dotyczącymi jakości lakierowania, czyli utrzymywaniem w kabinie małego nadciśnienia, żeby pyły i zabrudzenia spoza kabiny nie przedostawały się do jej wnętrza. W rzeczywistości chodzi o szczelną kabinę, w której będzie wytworzone małe nadciśnienie, którego wartość powinna być precyzyjnie ustawiana i sprawdzana na wskaźniku (fot. 3).






Nadciśnienie w kabinie uzyskuje się przez zastosowanie żaluzji tłumiących przepływ powietrza w kanale wyciągowym. Gdy filtry są nowe i czyste, żaluzje ustawione są w pozycji dławiącej przepływ powietrza. W miarę wzrostu zanieczyszczenia filtrów podłogowych, wzrasta także nadciśnienie w kabinie. Obniżenie tego zbyt dużego nadciśnienia reguluje się przez otwieranie żaluzji w kanale wyciągowym, aby zwiększyć przepływ powietrza wyciąganego. Brak regulacji, czyli całkowite otwarcie żaluzji, oznacza, że filtry podłogowe są na tyle zanieczyszczone, że muszą być wymienione. Jest to najprostszy system sterowania nadciśnieniem w kabinie (fot. 4).



Przy zakupie kabiny należy zatem zwrócić uwagę na to czy jest ona wyposażona w czujnik i wskaźnik ciśnienia. Kabina bez tych prostych urządzeń przestaje być funkcjonalna.

Ciśnienie za duże (nadciśnienie) jest niedopuszczalne ze względu na to, że powoduje nieprzyjemny ucisk w uszach oraz mgła lakiernicza nie jest wyciągana, tylko krąży wokół lakierowanego elementu. Ciśnienie za niskie (podciśnienie) nie pozwala na otwarcie drzwi awaryjnych, powoduje bóle głowy oraz zrywa strumień nakładanego lakieru.

Układ grzewczy
Układ grzewczy jest ściśle powiązany z układem wentylacyjnym, czyli przebiegiem powietrza w kabinie. Ogrzanie tak dużych ilości powietrza (około 25 000 m3/godz.) do temperatury lakierowania (około 20OC) wymaga urządzenia o tak dobranych parametrach, żeby zapewniło przyrost temperatury na odpowiednim poziomie w zależności od przyjętego w miejscu zainstalowania kabiny lakierniczej klimatu. Przyrost temperatury powietrza (skok termiczny), czyli różnica między temperaturą powietrza zasysanego do kabiny - zawsze z zewnątrz, a maksymalną temperaturą powietrza po przejściu przez układ grzewczy, dostarczanego do wnętrza kabiny. Jeżeli jest zima i na zewnątrz panuje temperatura -15OC, to dla uzyskania w kabinie temperatury 20OC musimy posiadać układ grzewczy zdolny osiągnąć skok termiczny o wartości 35OC. Przy czym należy pamiętać, że wydajność (moc) grzewcza urządzenia zależy od także od wydajności wentylatorów.



Do podgrzewania powietrza stosowane są najczęściej palniki gazowe lub olejowe pośredniego płomienia (fot. 5). Oznacza to, że płomień palnika ogrzewa komorę spalania, wokół której przepływa powietrze. Takie urządzenie nazywane jest wymiennikiem ciepła. Układ ten działa on w ten sposób, że palnik zawieszony na ściance wymiennika ma płomień skierowany do komory spalania znajdującej się we wnętrzu wymiennika. Spaliny odprowadzane są do komina spalin poprzez kanały płomienicowe. Powietrze przepływające przez wymiennik „omywa” komorę spalania oraz kanały płomienicowe i nagrzewa się od ich rozgrzanych elementów.
Najprostszym rozwiązaniem są wymienniki, które mają kształt rury, a płomienice to kanały z pionowymi szczelinami, przez które przepływa powietrze. W takim wymienniku powietrze “omywa” komorę spalania i ruchem prostoliniowym przepływa przez płomienice.

Lepszym rozwiązaniem, powiększającym powierzchnię wymiany ciepła, jest wymiennik w kształcie rury lub rury o kształcie kropli oraz płomienicami o przekroju okrągłym umieszczonymi w kilku naprzemiennie leżących rzędach. W takich wymiennikach przepływające powietrze musi wykonać ruch „wężowy”, co powoduje, że powierzchnia wymiany jest bardzo duża i wysoka sprawność takiego urządzenia.
Palniki stosowane w układach grzewczych kabin lakierniczych to palniki olejowe lub gazowe:
- jednostopniowe - najczęściej stosowane ze względu na niższą cenę, ale mające pewną niedogodność praktyczną, polegającą na występowaniu sporych różnic temperatury powietrza w kabinie podczas lakierowania, nawet do około +/- 3-4OC. Oznacza to, że podczas lakierowania (po nastawieniu temperatury na sterowniku na 20OC) jeden element będzie lakierowany w temperaturze 17OC, a drugi element w temperaturze 23OC. Niestety, taka różnica temperatur podczas procesu lakierowania obniża jakość naprawy, szczególnie przy lakierowaniu lakierami wodorozcieńczalnymi.
- dwustopniowe - mają zainstalowany odpowiedni element sterujący i można powiedzieć, że prawie w 100 proc. utrzymują zadaną temperaturę lakierowania - 20OC. W takim palniku, w zależności od zapotrzebowania na ciepło, pracuje jeden lub dwa stopnie.

Ostatnio stały się modne palniki gazowe. Może ze względu na dostępność gazu, a może ze względu na wzrost cen oleju opałowego. Ale chciałbym zwrócić uwagę na jedną rzecz. Gaz w Polsce nie jest medium o najwyższej jakości. Dla gazu ważnym parametrem określającym jego właściwości jest wartość opałowa, która w tym przypadku nie jest wysoka, a ta która jest podawana, nawet wysoka, to nie zawsze jest taka sama. Drugim parametrem jest ciśnienie przesyłanego gazu, które w zimie znacznie spada. Jeżeli teraz weźmiemy palnik gazowy przystosowany do ww. parametrów, to może się okazać, że zimą nie będzie on w stanie pokryć naszego zapotrzebowania na ciepło, mimo że palnik został dobrany zgodnie ze wszystkimi parametrami podanymi przez dostawcę gazu. Dlatego przy palnikach gazowych zaleca się stosowanie palników o jeden poziom wyżej, czyli palnik o wyższej mocy niż potrzebujemy. W zimę palnik ten na pewno będzie dawał mniejszą moc, czyli akurat taką, jakiej potrzebujemy. Oczywiście wiąże się to z wyższą ceną zakupu palnika. Przy palnikach olejowych takie mankamenty nie występują. Często parametrem, wg którego wybierany jest palnik, jest zużycie gazu lub oleju opałowego. Mniej paliwa, to palnik o małej mocy, niezapewniający uzyskania wymaganej temperatury lakierowania. Dla zobrazowania tematu najlepszy jest przykład: Ostatnie zimy są łagodne i temperatura nie spada z reguły poniżej -10OC. Czyli potrzebny jest układ grzewczy zapewniający skok termiczny minimum 30OC. Dla typowej kabiny o wymiarach 4 x 7m, prędkości przepływu powietrza około 0,25-0,3m/s oraz wydajności minimum 25 000 m3/godz. układ grzewczy powinien mieć moc minimum 300 kW. Przyjmując, że z 1kg oleju napędowego można uzyskać około 12 kWh mocy, to proste wyliczenie wskazuje, że zużycie oleju napędowego będzie wynosiło około 25 kg/godz.

Sterowanie
Układy sterowania w kabinach mogą być mniej lub bardziej rozbudowane, ale powinny obejmować kilka koniecznych obszarów (fot. 6):
- ustawienie temperatury lakierowania,
- ustawienie temperatury suszenia,
- ustawienie czasu suszenia,
- licznik godzin pracy.



Te cztery powyższe obszary wykonywane są przez jeden element, zwany mikroprocesorem.
- przestawienie klapy wyboru rodzaju pracy: lakierowanie lub suszenie. Czynność wykonywana przy pomocy siłowników elektrycznych lub pneumatycznych (fot. 7),






- ustawienie odpowiedniego ciśnienia w kabinie. Wykonywane najczęściej przez siłownik elektryczny. Choć spotkałem się także z mechanicznym rozwiązaniem, którego nie polecam (fot. 8).



Układ elektryczny powinien mieć następujące zabezpieczenia:
- wyłącznik awaryjny,
- silników przed brakiem fazy i przeciążeniem,
- zabezpieczenie termiczne powietrza ogrzanego doprowadzonego do kabiny (fot. 9),
- czujnik temperatury,
- czujnik przepływu powietrza w kanale doprowadzającym powietrze do kabiny.




Najnowsze rozwiązania
Najnowszymi rozwiązaniami zastosowanymi w kabinach firm o średnim i wysokim standardzie to:
- przemienniki częstotliwości, służące do regulacji przepływu powietrza i utrzymania właściwego nadciśnienia powietrza w kabinie, zwane potocznie falownikami. Są to urządzenia znane od kilkunastu lat, ale dopiero od niedawna stosowane do sterowania przepływem powietrza w kabinach lakierniczych. Pozwalają na płynną regulację pracy silnika i ustawienia żądanej jego prędkości (fot. 10). Nie wymagają styczników, przełączników gwiazda/trójkąt i zabezpieczeń termicznych. Mają wbudowane układy sterujące, które automatycznie dostosowują prędkość obrotów silnika do zadanego nadciśnienia w kabinie. Podczas oklejania, przygotowywania i suszenia można dowolnie zmniejszać przepływ powietrza w kabinie.



- rekuperatory, czyli wymienniki ciepła (fot. 11). W tym urządzeniu wykorzystuje się gorące powietrze wyrzucane kanałem wylotowym, podczas procesu lakierowania, do ogrzewania powietrza zasysanego do kabiny. Powietrze docierające do komory grzewczej jest już wstępnie podgrzane, nie ma temperatury, np. - 5OC, a temperaturę 0OC. Dzięki takiemu rozwiązaniu, koszt około 30 000 PLN, oszczędza się na zużyciu paliwa. Przy wyborze rekuperatora podczas zakupu nowej kabiny można wybrać palnik o niższej mocy, czyli dodatkowe oszczędzone pieniądze.



- komory spalania z płomieniem bezpośrednim. Rozwiązanie możliwe tylko przy zastosowaniu gazu ziemnego z sieci miejskiej (fot. 12). Gaz normalny, ale o odpowiednich parametrach, przede wszystkim zapewnienie odpowiedniej ilości, czyli doprowadzony rurą o dużej średnicy. Zapobiega to ewentualnym spadkom ciśnienia gazu. Zamontowane czujniki składu spalin nie doprowadzają do powstawania mieszanin niebezpiecznych zarówno wybuchowych, jak i szkodliwych dla zdrowia lakiernika.



Wybuchowość podczas lakierowania nie występuje, ponieważ całe powietrze wyrzucane jest z kabiny i nie ma styczności z otwartym płomieniem palnika. Natomiast podczas suszenia nie ma odkurzu i mgły lakierniczej, tylko pary rozpuszczalników i wody, które spalają się w płomieniu lub odparowują. Przy zakupie kabiny polecam także zwrócić uwagę na sposób jej montażu. W wielu przypadkach to nie rozwiązania techniczne, ale błędy montażowe obniżają funkcjonalność kabiny. Nie zawsze konieczna jest wymiana “starej” kabiny na nową. Każdą kabinę można zmodyfikować i unowocześnić. Zamiast komory spalania pośredniej z wymiennikiem ciepła można zamontować komorę spalania z płomieniem bezpośrednio ogrzewającym powietrze. Zmienić wentylatory na większe. Zmienić układ filtrów podłogowych. Zmienić układ sterowania i automatyki. Nie wszyscy producenci i importerzy kabin zgadzają się na takie rozwiązania, ale przy obecnej podaży kabin warto zapytać o takie rozwiązanie. Konieczna jest tylko rzetelna analiza techniczna i kosztów adaptacji.

Wiesław Wielgołaski