軸流式高溫消防排煙風機研制

摘要：發生火災后人員疏散和消防隊員內攻救援均需要一個相對安全、清晰的環境。受國內現有消防排煙風機最大溫度限制，火災后消防排煙系統僅能解決初期火災煙氣排放問題，當煙氣溫度超過280℃時，消防排煙風機會自動停止運行，此時，建筑內部人員可能未完全疏散。通過對現有排煙系統中排煙風機不耐高溫煙氣的原因，以及國內已開展的技術路線進行分析，采用軸流排煙風機關鍵零部件隔熱增強及設計獨特新穎的電機散熱結構，研發耐溫高、可長久運行的高可靠性軸流式消防排煙風機，檢測結果顯示，新研制的軸流式消防排煙風機在650℃環境下，可連續運行不小于2h，從而大幅提升消防排煙系統整體性能。

關鍵詞：軸流式消防排煙風機；耐高溫；電機散熱；隔熱增強

中圖分類號：TU998.1" " " 文獻標識碼：A" " " "文章編號：2096-1227（2025）10-0021-03

0 引言

統計數據顯示，火場中煙氣是造成人員傷亡的主要原因之一，如2021年2月16日5時，山東省德州市某蛋糕店發生火災，火災發生后煙氣沿樓梯進入二、三層，高溫和毒氣使被困人員無法及時逃生，造成7人死亡[1]。2022年6月9日9時56分，浙江省杭州市某冰雪大世界發生火災，火災后產生大量高溫有毒煙氣，由于防煙措施不到位，煙氣迅速蔓延，造成4人死亡，2名消防員犧牲，19人受傷[2]。發生火災后，為確保火場中人員能夠安全高效疏散，需盡量降低煙氣對人員疏散的影響，消防隊員開展內攻救援工作時也需要一個相對安全、清晰的環境。因此，排煙顯得尤其重要。受制于排煙風機線圈不耐高溫，以及油封軸承在高溫下易發生膨脹泄漏導致電機損壞等各方面因素，消防排煙風機產品標準規定的最高工作溫度為280℃[3]。目前，工程應用中消防排煙系統主要針對火災初期人員疏散階段進行排煙。在火勢發展迅速、疏散路線較長、人員較多的場所，火場中人員尚未完全疏散，煙氣溫度上升后排煙風機已停止運行。國內學者就高溫有毒煙氣開展了一系列研究，黃壽元等[4]針對建筑火災中產生的高溫有毒煙氣對人員的危害，以及快速有效地對火場進行排煙的問題進行了詳細論述。

1 國內消防排煙系統現狀

消防排煙系統主要由排煙風機、管道、排煙防火閥、排煙口及支吊架等設備及部件組成，示意圖見圖1。

對于消防排煙系統中的管道，根據GB51251—2017《建筑防煙排煙系統技術標準》第4.4.8條規定，排煙管道耐火極限不應低于0.50h，GB/T17428—2009《通風管道耐火試驗方法》對其完整性及隔熱性的測試進行了規定。

對于消防排煙系統中的排煙防火閥，根據GB15930—2024《建筑通風和排煙系統用防火閥門》第4.1.3條規定，防火閥門耐火完整性不低于60min。

對于消防排煙系統的關鍵設備消防排煙風機，根據XF211—2009《消防排煙風機耐高溫試驗方法》第4.4條規定：隧道區間隧道內用消防排煙風機應在不低于250℃氣流通過時連續運轉60min無異常；地鐵區間隧道內用消防排煙風機應在不低于150℃氣流通過時連續運轉60min無異常；其他建筑內用消防排煙風機應在不低于280℃氣流通過時連續運轉30min無異常。

產品標準規定，消防排煙風機的最高溫度為280℃，但在實際火場中，當火場煙氣溫度達到280℃時，正處于火勢發展階段，建筑物內的人員可能還沒完全疏散到安全區域，消防滅火救援行動也才剛展開，需要排煙來改善火場環境，以便救援工作順利推進。但現有排煙系統的火場耐受性難以滿足火災中后期持續排煙需求，排煙風機停止工作將嚴重阻礙消防救援工作的順利開展。

為給滅火救援行動提供有力保障，突破排煙設施耐溫韌性增強技術，有必要研發火場高耐受性排煙設備。要延長消防排煙系統的整體運行時間，需要對系統中的設備及其組件提出更高要求。因此，提升排煙風機在火場中的耐受溫度，成為增強排煙系統整體性能的關鍵。

2 高溫排煙風機研制技術路線

消防排煙風機分為軸流風機和離心風機，軸流風機具有體積小、風量大、噪聲低、使用壽命長、效率高、安裝方便、價格低等優點。不過，軸流風機也存在一定不足，其風壓相對較低、葉片維護工作量較大。離心風機具有壓力大、風量大、可調節、運行穩定、適應性強等優點。但離心風機也具有一定缺點，如能耗高、體積大、價格高、維護成本高、葉輪易受損、噪聲大。軸流風機比離心風機應用范圍更為廣泛，軸流風機安裝方便，占地面積小，造價低，因此，本文基于軸流風機開展高溫性能提升的研究工作。

由于軸流式排煙風機結構設計特點，風機電機難以承受高溫環境，主軸等部件在高溫下易損壞，而且在運行過程中，電機自身會產生大量熱量，當線圈達到一定溫度時，電機效率大幅下降，電機線圈極易受損，軸承潤滑油溢出。基于這些原因，當溫度超過280℃時，排煙風機自動停止運行。

通過前期調研，目前國內研制高溫排煙風機已經嘗試過兩種技術路線，一是采用水冷技術路線，該路線需要增加一套供水系統，這種方式檢測到的最高溫度約為350℃，且運行時間短。二是采用包覆隔熱技術路線，無法從根本上解決電機本身散熱問題。

基于以上因素，本文在研制高溫排煙風機時，主要從兩個方面著手，在確保風機運行性能不受影響的前提下，一方面隔絕高溫煙氣對電機及軸承的影響，另一方面確保電機散熱順暢。

3 高溫排煙風機研制實施方案

通過對現有軸流消防排煙風機的結構特點，以及其在火場中不耐高溫的原因進行分析，項目團隊設計了一種特殊的電機風冷冷卻系統，可對線路、電機、軸承等薄弱環節進行全方位保護。

在工程實際應用中，排煙風機一般有兩種安裝方式：第一，將排煙風機設置在屋面，排煙口設置在各樓層內，煙氣通過豎管進入排煙機，該方式排煙風機與排煙口之間的距離較大。第二，將排煙風機設置在專用排煙機房[5]，該方式排煙風機與排煙口的距離較小，排煙風機與第一個常閉排煙口的距離約為5m。通過實體火災實驗可知，當排煙口附近溫度在800～900℃時，距離排煙口5～6m處的管道內溫度約為520℃。因此，本項目擬研制一種耐受溫度不低于560℃，且連續運行時間不小于2h的高溫排煙風機。

具體實施方式如下：一是電機外側采用雙層保護結構，電機選用特殊絕緣材料，以確保外部高溫不會影響電機內部。二是保障電機本身散熱順暢，為電機設計特殊的新風散熱冷卻系統，通過在電機內設置空心軸和風冷流道，配合進氣管輸送的低溫空氣，使電機與風筒外空氣流通，確保電機在高溫環境中能夠長時間不間斷運行。三是電機輸入線與外接線盒全部采用隔熱保護裝置，解決電纜長期耐受問題。四是將軸與葉片分離設計，確保相互之間不傳熱，通過電機內部的風筒外空氣從葉片附近排出，給葉片散熱，保證葉片在高溫下不變形[6]。設計圖紙見圖2，風機實物見圖3。

4 試驗檢測

將研制的軸流式高溫排煙風機送至國家防火建筑材料質量檢驗檢測中心，按照XF211—2009《消防排煙風機耐高溫試驗方法》相關條款開展試驗檢測工作，排煙風機試驗檢測示意圖見圖4，熱電偶均勻布置在距排煙風機進氣口100mm的平面上，其測量端距管壁100mm，共布置6支熱電偶，所測溫度的平均值即為試驗溫度，試驗溫度數值記錄時間間隔為0.5min，試驗溫度-時間曲線見圖5。

經檢測，軸流式高溫排煙風機在650℃氣流通過時，能夠連續運轉120min，無異常現象。試驗檢測后的風機實物見圖6。

5 結束語

通過對風機電機結構進行重新設計，高溫排煙風機在不低于600℃氣流通過時連續運轉120min后，未出現異常現象。隨著排煙系統關鍵設備——排煙風機的火場耐受溫度大幅提升，排煙系統整體功能也得到顯著增強。

高溫排煙風機，既可用于各類建筑（如高層建筑、地下建筑、烘房、中庭頂部、工業廠房、屋頂等直接向外部排煙的場所）的高溫排煙，也可用于人防工程、地下鐵路、礦井、隧道等場所的高溫排煙，還可用于消防救援的移動排煙車，應用場景十分廣泛。

參考文獻

[1]應急管理部消防救援局.中國消防救援年鑒（2021年卷）[M].北京：方志出版社，2022.

[2]國家消防救援局.中國消防救援年鑒（2022年卷）[M].北京：方志出版社，2023.

[3]谷遠輝.消防排煙風機綜合性能測試平臺設計分析[J].科技風，2020（6）：50.

[4]黃壽元，肖俊蘭，程瑩瑩.公共建筑高大空間集中通風排煙系統優化設計[J].今日消防，2024，9（4）：15-17.

[5]鄧捷.高層民用建筑通風空調系統防火排煙措施初探[J].住宅產業，2023（9）：90-92.

[6]劉永棵，羅植元，鄒志敬，等.排煙管道耐火性能及試驗方法[J].工程質量，2020，38（11）：18-21.