屋顶风机工程应用现状及改进措施

随着企业生产规模的不断扩大，大面积联合厂房越来越多。以天窗和边侧窗为主体构成的自然通风系统，及沿外墙安装轴流风机组成的机械通风系统，已远不能满足生产车间对通风换气质量及卫生标准的要求。近年来屋顶风机系统在工程上的应用呈上升趋势[1]，然而其质量与性能却参差不齐，应用中存在着不少问题 。本文介绍屋顶风机应用现状及存在问题，并提出相应的改进措施。
1 　屋顶风机的类型及特点
　　屋顶风机分为屋顶送风机与屋顶排风机两大系列[2-3]，其分类一般按所配风机形式分为离心式和轴流式两大类；根据防雨帽的具体形式又有上排风和下排风之分；从制作材料方面既有全金属结构又有玻璃钢结构和钢 - 玻璃钢复合式结构等。
1.1 轴流式风机
1.1.1 屋顶排风机
　　从其防雨部分结构形式来看，屋顶送风机主要有伞形防雨帽 、 锥形防雨帽、半球形防雨帽和筒形防雨帽等，其中锥形和半球形防雨帽以上排风为主，伞形防雨帽以下排风为主，筒形防雨帽上下均可排风。从空气的扩散性能与对附近环境的影响方面分析，以上排风为主的防雨帽，向上的排风出口风速均在5.0～8.0m/s ，可以把排出的污染空气吹向高空（等效于接2～3m 长的风管），有利于排出的气体更好扩散，特别在排风机附近有屋顶送风机的情况下，这一特性尤其明显，可以减少排风对送风的干扰，因而较下排风为主的防雨帽性能优良。但上排风屋顶风机也有结构较复杂，成本较高的不足。
1.1.2 　屋顶送风机
　　屋顶送风机的种类较少，主要有伞形防雨帽和百叶形防雨帽。
1.2 　离心式风机
　　离心式屋顶风机因受叶轮特性限制一般均为排风机，其特点为余压较高，主要应用于局部排风系统。因该类屋顶风机无蜗壳，叶轮高速旋转所产生的空气动压不能有效的转变为静压，因而空气动力性能很不理想，耗电量较高，仅用于排风阻力较大的系统，一般全室通风系统应尽可能避免采用此种屋顶风机。
 2 　屋顶风机存在的问题
2.1 　结构材料方面
　　屋顶风机主要有全金属结构，玻璃钢结构。全金属结构屋顶风机以钢制较多，风筒与基础采用3～4mm 厚的热轧钢板焊接而成，防雨帽采用1.0～1.5mm 冷轧钢板焊接而成，涂防锈漆后经表面喷漆或烤漆处理。从多个工程实用证明：因屋顶空气环境恶劣，特别是梅雨季节过后，钢结构部分锈蚀严重，反映出钢结构防雨帽的抗锈蚀能力很不理想，严重地影响了屋顶风机的使用寿命和美观。如某汽车制造厂安装的钢结构屋顶风机，在使用 5 年后，防雨帽已大部分失去结构强度。全玻璃钢结构屋顶风机就可以很好地解决锈蚀问题，但风筒与机座部分经过长期运行和风吹日晒雨淋，易老化脱落，造成风筒与电机坠落造成事故。
2.2 　设计方面
2.2.1 很多屋顶送风机未设置停机后防止空气倒流的装置，或是屋顶风机停机后阀门不能可靠关闭，对于热压较大的车间其热损失不可低估。大家经常可以看到无逆止装置的屋顶风机和轴流风机，在热压作用下风机高速旋转，这一现象说明热压造成的风速相当大，风筒内的风速可达 2.0 ～ 3.0m/s 以上。风机倒转对电动机启动很不利，可能因启动电流过大而损坏。
2.2.2 防结露性能较差，冬季室内外温差较大，风筒上容易结露，产生滴水现象，以至影响正常生产。
2.2.3 屋顶风机必须具备可靠的防雨、防飞雪与防风沙的基本性能，但目前很多屋顶风机在设计时仅考虑防雨功能，忽略了飞雪与风沙不仅会从上部进入风机，在室外风速达到一定强度的情下，还可能从下部进入风机。一些采用内部活动百叶作空气逆止装置的屋顶风机，看起来可以防止飞雪落入室内，其实飞雪聚集于活动百叶上，经室内温度融化后会造成滴水现象，不能起到防飞雪作用。
2.2.4 在台风和沙尘暴多发地区 ，屋顶风机抗强风能力较差，重心偏高，平面和凹面结构增大风阻，伞形防雨帽的抗强风性能极不理想。
2.2.5 有些屋顶风机的安全性不能很好保证，未在风机下部设置坚固可靠的安全网，仅靠装饰性风口无法保证在电机脱落与风叶断裂时脱落物不坠落伤人。
2.3 工程应用方面
2.3.1 屋顶风机的使用场所千差万别，例如有些工程要求连接部分短管，以达到更好的通风效果，有些用户要求更小的噪声，需要安装简单的消声器，这些外加设备均要求屋顶风机提供一定的余压才能保证正常运行，有些屋顶风机在保证额定风量的前提下，提供的余压较小，影响系统正常工作。
2.2.2 在工程应用中，砼屋面宜采用圆形基础以减轻重量，钢结构宜采用圆形基础以便于施工，有些屋顶风机与基础之间的连接不够方便可靠。配电仅能单向线，接线盒设于室外， 都给安装带来麻烦。屋顶风机室内接口未设置法兰，用户不能方便地连接风管。
2.2.3 有些屋顶风机设置需要人工经常清理的空气过滤器，从使用效果看，指望操作管理人员经常爬到屋顶上清理过滤器是不现实的，因此其运行结果非常差。
2.2.4 屋顶风机安装于高空，是理想的鸟巢，必须设置防鸟网。
3 　屋顶风机改进措施及设计应注意的问题
3.1 材料方面
　　为提高全金属结构屋顶风机的防锈蚀性能，可采用整机热镀锌，也可采用铝合金制作防雨帽；为解决全玻璃钢结构屋顶风机的老化问题，通常采用增加玻璃钢厚度来强化处理，这无疑会增加生产成本，因而全玻璃钢结构屋顶风机材料成本要高于全金属结构屋顶风机，据测算，仅结构成本两者就相差 30% 左右；最好的方法是屋顶风机采用钢 - 玻璃钢复合结构，防雨帽与逆止阀部分采用玻璃钢制作。充分发挥玻璃钢防锈能力优且易于造型的特点，可以根据气流组织和美学要求制成各种不同状况的屋顶风机，使得风机阻力最小，外形更美观；风筒和基础部分采用钢结构并经热镀锌处理，可保证结构强度和防腐要求，一些连接件直接焊接至风筒，使制造工艺简单化。
3.2　 余压方面
　　在保证屋顶风机额定风量的前提下，应保证不小于50Pa的余压供用户使用。
3.3 　止逆与安全方面
　　屋顶风机均设置在停机时能可靠关闭的逆止装置。可安装 活页风门，活页风门有重力式、电动式和手动式3种，可根据工程要求选用。 在设计中若采用的屋顶风机不具备逆止性时，计算采暖热负荷时要充分考虑室内热空气损失与室外冷空气侵入造成的部分热损失，对于严寒地区，还要考虑对值班采暖的影响。在风机下部应设置坚固可靠的安全网以确保安全。
3.4 　防结露方面
　　屋顶风机设计时应尽可能减少室内外空气共同接触部分的面积，减少结露量。工程设计中为安全起见，屋顶风机的安装位置应尽可能避开工艺设备和工作岗位的正上方，减少滴水对生产的影响。
3.5 　防强风方面
　　在台风及强风多发地区应选用具有良好的抗台风性能的屋顶风机，其重心应尽量低，采用流线型结构以减小风阻，伞形防雨帽的抗风性能极不理想，尽量少用该结构。强风来临属于非正常情况，防雨帽设计可按停机状况考虑。在台风及强风多发地区使用的屋顶风机还可考虑加装 自动副翼，即使在刮强风的天气下，因安装了自动副翼会减少风和雨的大量进入。副翼会通过弹簧机构回到原位，同时副翼还能够起到降低空气阻力的流片的作用，实现增大风量的效果。
3.6 　噪声方面
　　屋顶风机应有良好的声学指标，为控制噪声，风机转速宜不高于1500r/min ， 以采用 960r/min 的风机为好。5000m3/h 以下的屋顶风机噪声应控制在50dB以下，大于5000m3/h 的噪声应控制在60dB以下，并应避免出现高频噪声。
3.7 　运行维护方面
　　屋顶风机不宜设置需要人工经常清理的空气过滤器， 如果 送风有清洁度要求，应采用其它空气处理方案。
3.8 　改进后的结构
　　根据工程应用出现的问题对产品进行改进，产品的结构对比见表1 。

表1     WDPF4Ⅰ 改进前后结构参数对比

4  结论    根据工程的实际应用及以上改进措施，与某风机厂共同对原产品进行了改进，开发了 WDPF 系列屋顶排风机，采用钢-玻璃钢复合结构，上排风、锥形防雨帽，风机下沉于屋面孔内安装，方形机座，接线盒内置， 风机下部设置安全网，上部设置防鸟网， 活页风门 具有优良的止逆性能。产品成本基本不变。该产品已在一些大型工程中得到应用，得到用户的好评。