空氣能洗手還能節(jié)水90%

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(xué)、浙江大學(xué)等高校學(xué)生組成的創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊在博士生李啟章的帶領(lǐng)下，就將這個看似不可能的夢想變?yōu)楝F(xiàn)實啦！他們也憑借此項目，拿下了2017年北京地區(qū)高校大學(xué)生優(yōu)秀創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊一等獎。

突發(fā)奇想為節(jié)水用空氣洗手

說起來，“空氣洗手”的創(chuàng)意來得還真是有些“機(jī)緣巧合”。

大三時，李啟章報名參加了“大學(xué)生節(jié)能減排科技競賽”。當(dāng)年10月，正是隊員們?yōu)轫椖窟x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(xué)在用水洗手?！坝盟词侄嗬速M(fèi)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(diào)的大膽想法卻得到了大家的一致響應(yīng)。原來，當(dāng)時這幾個能源系的學(xué)生剛學(xué)完一門叫作《流體力學(xué)》的專業(yè)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(xiàn)。

其實，在此之前，團(tuán)隊成員們對于參賽選題已經(jīng)有了一定的想法：比如，有人提出做一個水上自動巡航機(jī)器人，機(jī)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(jī)，通過章魚般的觸角設(shè)計，實現(xiàn)對湖面藻類污染物的快速收集和處理；還有人提出設(shè)計一款波浪能的海水淡化裝置，為遠(yuǎn)洋船舶提供海水淡化。這些項目都有著很強(qiáng)的節(jié)能減排背景，也有著很強(qiáng)的應(yīng)用價值。

經(jīng)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(chuàng)新性和生活貼合度的考慮。”李啟章告訴記者，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(qū)動，當(dāng)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(jié)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(rèn)知。

花費(fèi)兩年做了幾千次實驗

隊員們通過研究發(fā)現(xiàn)，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(yīng)地，他們就要設(shè)計出合理的重力驅(qū)動架構(gòu)以及霧化結(jié)構(gòu)。只有這兩個問題解決了，整個裝置才能實現(xiàn)良好的霧化效果，從而達(dá)到清洗和節(jié)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(xiàn)清洗呢？團(tuán)隊成員們設(shè)計了自己的驗證方案，便一頭扎進(jìn)了實驗室里。“除了上課、吃飯、睡覺，其余所有的時間都在做項目研發(fā)，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?，受到實驗場所的限制，每個人得自帶熱水，然而水量敵不過一次次反復(fù)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(tuán)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(tài)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(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化，而關(guān)鍵就在于霧化結(jié)構(gòu)的調(diào)整。

一開始，團(tuán)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(shù)，不過后來發(fā)現(xiàn)，因為裝置是在低壓的工況下運(yùn)行，所以對市面上的霧化結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行重新設(shè)計和優(yōu)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(shù)?！办F化效果不好，我們就需要對這個結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，是哪個參數(shù)出了問題，還是氣水混合得不夠充分。”而要做這樣的定位，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(chǎn)品的優(yōu)化需要大量的時間成本，“大概也就只有學(xué)生團(tuán)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。”最終，實驗團(tuán)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(yōu)化——高速氣流代替水發(fā)揮清洗過程的機(jī)械作用帶走污漬，細(xì)密的水霧發(fā)揮溶解作用，兩者協(xié)同完成高效清洗，實現(xiàn)90%的平均節(jié)水率。

為什么團(tuán)隊成員在霧化效果上會這么執(zhí)著呢？原來，裝置的清洗效果與霧化效果直接相關(guān)，水霧的細(xì)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(xì)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(yōu)于普通水流洗手。

已進(jìn)入市場開始試點安裝

目前，“空氣洗手”裝置亮相富士康廠區(qū)，這已經(jīng)是團(tuán)隊升級后的第2代產(chǎn)品了。與重力驅(qū)動不同的是，新版本的裝置采用了電力驅(qū)動，直接通過電機(jī)將空氣進(jìn)行壓縮。

原來，團(tuán)隊成員前期進(jìn)行了充分的市場調(diào)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(nèi)的市場來看，要求大家改變洗手習(xí)慣比較困難”。另外，隨著技術(shù)的改進(jìn)，實驗團(tuán)隊已經(jīng)實現(xiàn)了低壓狀況下良好霧化效果的呈現(xiàn)。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(tuán)隊成員看來，這項享有多項知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)未來有著廣闊的應(yīng)用前景。單就節(jié)水來說，目前市場上的節(jié)水龍頭一般分為感應(yīng)龍頭、延時龍頭、充氣式龍頭等，其節(jié)水原理均為減少單位面積出水量，但容易導(dǎo)致洗手效果不佳、節(jié)水效果一般，難以從根本上解決水資源浪費(fèi)的問題。“我們的設(shè)計采用了流體替代清洗的理念和方式，節(jié)水效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)比之前的節(jié)水技術(shù)要好得多；而且經(jīng)過理論計算和方案設(shè)計以及后期的實驗驗證，清洗的效果也比傳統(tǒng)水壓霧化有優(yōu)勢?！边@群年輕人自信地表示。

2017年6月1日，以“空氣洗手”技術(shù)為支撐的北京沐羽科技公司成立?！翱諝庀词帧碑a(chǎn)品目前已在北京市正式開始了試點安裝，大學(xué)生創(chuàng)業(yè)者們希望未來能將這一技術(shù)拓展于淋浴、洗車、工業(yè)清洗等多個領(lǐng)域，實現(xiàn)節(jié)水領(lǐng)域的全面突破。