气动排烟窗研究报告
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作者: 郭嘉俊
1.概 述
自然排烟窗大约是在2000年前后进入中国市场，并在5年前得到广泛应用的一种消防排烟窗，其原理是利用灼热的烟雾在上升过程中产生对流，达到自然排烟的作用。到2010年为止，自然排烟窗系统蚕食了大约15-20%的机械排烟的市场份额，这主要是由于它兼具消防排烟/日常通风/采光/装饰等多重功能，因此综合性价比高于机械排烟。同时在使用过程中，它还更节能，更环保，更容易维护保养。
2.气动排烟窗的优点
目前，电动排烟窗和气动排烟窗是两大主流产品，各自占据了大约是9：1的市场份额。
我们在长期的工程实践中，承接了不少电动排烟窗和气动排烟窗的工程实例，在设计/安装/调试/使用过程中，积累了很多经验（包括：规范运用、系统结构、设计参数、方案优化、施工工艺、施工组织、调试步骤、运行指南、软件开发、硬件开发、数据库建立等）。
在参阅了大量欧洲规范和欧洲产品的技术特性的基础上，并结合国内排烟窗技术和产品的发展现状，我们发现从消防排烟的功能来分析，气动排烟窗比电动排烟窗具有更多的优势，详述如下：
快速开启性能：目前世界上所有的电动开窗器的开启速度大约是8-12mm/s，1个行程1000mm的电动开窗器完全打开大约需要80-120s的时间，而1个行程1000mm的气动开窗器从触发到完全开启只需要20-40s的时间。这意味着气动排烟窗可以比电动排烟窗更快的响应触发信号，及时打开排烟，尤其是可以应付更重大的火灾情况。
耐高温性能：气动开窗器的耐高温性能可以达到150-180℃（在该温度下，气动开窗器能够反复开启/关闭，并保持承载力/开启速度/响应速度等重要性能不变），极端耐高温性能达到300℃（即在300℃的瞬时，至少能完成一次开启动作）；但是电动开窗器的耐高温性能只能达到75℃，当超过75℃时，电子线路板以及上面的电阻/电容/继电器等电子元件都会在高温下逐个失效（比如：电阻和印刷电路/电源线的阻抗会成倍上升，使得回路里的电流强度下降），由此导致电动开窗器的承载力下降，甚至完全烧毁。
耐高温性能与快速开启性能的综合影响：火灾产生的灼热烟雾的温度能达到300-400℃左右，由于烟雾窜升速度很快，天花板和排烟窗口附近的空气温度在60-120秒钟的时间内会迅速上升到200-300℃左右。即使排烟窗打开以后排放出去了大部分的烟雾，并释放出去了不少热量，但是通过排烟口的烟雾温度仍然可能达到100-200℃。――如果采用电动开窗器（特别是行程超过700mm的），在最初的30-60秒种的时间里，排烟窗可能不能快速完全打开，烟雾积聚在排烟窗口而迅速升温到100℃以上，灼热的高温可能导致电动开窗器开启到一半就被烧毁而失效，使得排烟窗完全达不到设计所要求的有效排烟面积。在相同的火灾条件下，气动开窗器的响应速度和开启速度比电动快一倍，排烟更迅速，而且可以在更大的时间范围里（温度从75℃上升到300℃的这个时间段内）稳定地保持开启功能不变。――这意味着，在排烟窗的开启行程比较长/火灾快速蔓延/火势特别大等极端情况下，气动排烟窗的排烟效果更快更可靠，排烟功能更稳定持久。
气动开窗器的承载力大：在压力8-9bar时，随着口径的增大，其理论最大承载力可以达到6000N/支以上，实际应用中一般选择不超过2000N/支。如果超过2000N/支，就必须对窗体和五金配件以及安装码和支撑横梁做特别加固设计。
气动排烟窗可以不依赖远程动力源：在气动排烟窗的末端配置“热感应触发的CO2储气瓶”，即使在失电、失去消防联动信号、失去压缩空气、管道被破坏、无人值班和报警的极端恶劣情况下，也能保证及时打开气动排烟天窗。
压缩空气管道受高温影响小：在180℃高温以内，管道内的压缩空气的压力和流速/流量以及损耗都不会受到影响，保证了气动排烟窗系统的稳定性和可靠性。而电动排烟窗系统的管道内的动力电源线在这个高温下，电阻阻抗急剧升高，电压急剧下降，已经驱动电动开窗器运行了。
自锁力强：气动开窗器分机械自锁型（锁紧力8000N）、卡销自锁型（锁紧力1500N）和普通型（无锁紧装置或依靠持续的压缩空气的压力来保持锁紧状态）三种；可以适应不同类型的工况，设计出各种各样不同类型的气动排烟窗系统，几乎可以满足所有类型的客户的技术要求。
运行噪音小：气动开窗器的噪音来源于铝合金缸筒内壁与活塞密封圈之间的互相摩擦，非常微小，几乎只有电动开窗器的齿轮齿条的摩擦噪音的十分之一。当很多开窗器集中安装在同一个空间内时，这种超低噪音的优势非常明显，带给客户非常宁静的感受。
维护保养容易：气动开窗器的结构非常简单，受外界环境因素的影响小，完全不受180℃以下的高温以及电磁干扰、电流过载等因素的影响，而且其抗爆能力也非常好（爆炸所产生的强烈的电磁波辐射和热辐射会使得电动开窗器立刻就报废。
保护等级高：达到IP65的高等级。
使用寿命长：在正常使用、合理保养的情况下，可以反复开启关闭10万次以上。
造价低：因为结构简单，所以成本低。
从以上优点可以看出，在消防排烟窗领域，气动开窗器应该有更广泛的应用，以及更大的市场份额和发展潜力。
我们应该充分挖掘气动开窗器的技术特点，在消防排烟窗这个专业领域，做到以下两点：
（1）在横向加强与科研机构/同行/跨行业之间的技术交流，加强应用研究和规范制定，充实设计能力；
（2）在纵向要努力发掘客户的潜在需求，加强上下游产业链的配套能力，加强气动系统组件和零配件的专业供应商的组织配套和供货能力；
就一定可以生产出创新型的、高性能、高效率的消防排烟窗，创造出巨大的经济效益和社会效益。
3.气动排烟窗的缺点
与电动排烟窗相比，气动排烟窗也有其固有的缺点：
只有1个开启角度，不能中途停止：从消防排烟的角度看，这不是缺点；但是如果兼具日常通风功能的话，电动排烟窗可以在任意角度随开随停的特点，就可以满足客户对不同通风效果的要求。
同步性差：同一个回路里的气动排烟窗在运行时无法保持同步，不象电动排烟窗那样整齐划一；这是由于压缩空气管道里的空气流体具有压缩性，所以在运行过程中，会出现迟滞现象，而且这种现象并无规律可循，只能通过大量的实践经验来减小迟滞现象。
外形尺寸大：同样是1000N有效承载力的开窗器，气动开窗器的外径要比电动开窗器的外径大10-15mm左右。而2000N有效承载力的开窗器，气动开窗器的外径要比电动开窗器的外径大30-35mm左右显得比较粗壮而欠美观。
空压机组的噪音大：空压机组的噪音一般达到72dB以上，因此必须有专门的设备机房，而且必须做好隔音措施，并保持良好的通风；尽量不要放置在高温/多尘/潮湿的环境中，尤其不能放置在室外。
连续运行能力差：气动开窗器使用储气罐里的压缩空气作为动力源，连续运行2-3次后，储气罐的压力就不足以驱动驱动气动开窗器，这时候就必须等待空压机为储气罐补充压力以后，整个系统才能恢复运行。这方面，电动开窗器的电源可以做到不间断供应。
空压机组的保养要求高：空压机组在运行过程中，必须定时更换机油和润滑油，定时更换滤芯，并定时清理冷凝水，这就需要有专职人员负责日常的保养维护。
保温要求：在北方地区，压缩空气管道必须做好保温隔热措施，防止压缩空气在传输过程中产生冷凝水，过量的冷凝水会影响气动开窗器的使用寿命。
以上这些缺点，都是需要在系统设计和产品开发中加以逐步完善的。当然，从消防排烟功能这个角度来看，有些缺点是完全与排烟功能无关的，完全不影响消防排烟的效果。但是，任何好的产品都必须围绕“技术”和“人性化”两个原则逐步推陈出新、更新换代，才能在激烈的市场竞争中保持核心竞争力，取得可持续发展。因此，我们必须务实的面对上述缺点，持续改进我们的产品和服务。
4.结论和展望
通过我们的理论研究和大量的实践经验的积累，并在参考了国内外科研机构的文献和国内外同行的产品资料的基础上，我们已经完全掌握了气动排烟窗系统的设计，并在摸索中逐渐掌握了气动排烟窗系统的施工工艺和施工组织，已经完全能为客户提供整体的符合国家规范/设计指标/客户需求/性价比高的气动排烟窗系统（包括产品和服务）。
随着我们对气动排烟窗系统的深入了解，我们应该不断投入资金和技术力量，在“技术含量”和“人性化”方面不断推陈出新、更新换代，才能在激烈的市场竞争中保持核心竞争力，取得可持续发展，才能获得良好的社会效益、企业利润、个人成就。
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