機房設計與設備安裝

柴油發電機房的溫度、濕度要求及暖通設計

 

摘要：良好的暖通設計對柴油發電機組的運行十分重要，可根據柴油發電機組的工作特點，并應從設計角度出發，與發電機廠家對相關內容進行探討。為了保證柴油發電機房的使用要求，康明斯公司在本文中依據相關規范，從其使用特點出發，闡述了柴油發電機房暖通設計中的幾個要點，包括暖通設計的目的與原則、通風量計算、送排風形式、消防及事故通風設計等內容，并且提出了柴油發電機房暖通設計要兼顧平時、工作及事故3種工況。

 

一、發電機房的暖通設計

 

      柴油發電機是作為應急或備用電源而設置的。根據JGJ16—2008《民用建筑電氣設計規范》（簡稱《電氣規范》）第6.1.1條規定：“柴油發電機房可布置于建筑物的首層、地下1層或地下2層，不應布置在地下3層及以下。當布置在地下層時，應有通風、防潮、發電機組的排煙、消聲和減振等措施并滿足環保要求”。因此，無論機房位于地上還是地下，機房內適宜的氣候環境和安全措施是確保發電機組正常運行的前提。

1、機房通風目的

（1）為了排除發電機組運行過程中散發到室內的余熱；

（2）為發電機組運行提供所需的空氣。

2、暖通設計原則

      柴油發電機房內的溫度和濕度對發電機的正常運行非常重要。對于室內空氣質量和工作環境的要求比較高，所以暖通系統設計需要遵循以下原則：

（1）保證室內空氣的質量和穩定性；

（2）確保風量充足、分布合理；

（3）盡可能減少噪音和震動；

（4）降低能耗，提高能源的利用率。

2、排熱方式

      柴油發電機組是一種內燃發電機組，通過壓燃式內燃機使柴油燃燒的熱能轉變為機械功，并帶動發電機發電，由柴油機、發電機和控制系統組成（如圖1所示）。發電機組運行過程除產生機械功外，  排除余熱的方式有風冷和水冷之分，風冷發電機組在發電機機頭裝有氣/水換熱器和排氣扇。

（1）水冷是利用冷卻水將熱量排至室外，風冷是利用風機將熱量帶走。

（2）風冷系統因其形式簡單，初投資低，運行管理方便而被廣泛采用。

3、降噪措施

      柴發機房應充分考慮降噪措施，在機房布置時，不宜將其布置在主立面或面向人員活動密集區的位置。降噪措施主要包括選擇噪音小的環保機組、建筑吸聲、隔聲、通風消聲、燃燒廢氣消聲、機組隔振等，安裝布置如圖2所示。

      機房內噪聲主要為中、高頻噪聲，故可在進、排風井內貼吸聲玻璃棉，在風管上設置阻抗復合式消聲器。值得注意的是，由于機組機頭排氣扇風壓較小，在一些條件有限的噪聲改造項目中，應根據設備參數確定是否需在冷卻通風豎井外加設接力風機。

4、暖通設計注意事項

      柴油發電機房暖通系統的效率和可靠性對于運營和維護人員來說非常重要。為了確保系統運行的效率和可靠性，設計時需要注意以下幾點：

（1）選用品牌可靠、質量保證的暖通設備；

（2）設計合理、結構緊湊，方便維護和檢修；

（3）合適的保護措施，避免因為環境變化而引起的損壞；

（4）選用能耗低、節能環保的設備和技術。

      北方冬季機房內應有值班采暖。根據防火要求，目前柴油發電機房內有時設有自動噴水滅火系統，且常為濕式系統，此時更應采取必要的采暖措施保證消防設施安全。在機房的進風、排風系統上，宜設置不運行時自動關閉的電動閥門，以避免冷風損失。有人停留的控制室等宜單獨設置，以便于獨立控制室內空氣參數。

 

圖1  柴油發電機組結構簡圖

圖2  柴油發電機組機房暖通及降噪安裝圖

 

二、柴發機房的工況

 

      柴油發電機平時不運行，只在緊急情況下投入使用。暖通專業的設計內容包括平時工況、工作工況及事故工況。以下對這3種工況展開論述。

1、工作工況

（1）室內溫度和相對濕度

      機房的溫度對發電機的效率有很大影響，有關資料提出，室溫40℃以上時，每上升11℃，發電機的功率下降2%。發電機組運行時，室內溫度和相對濕度應符合發電機組樣本及有關電氣規范的要求，一般夏季溫度應不大于35℃，相對濕度應不大于75%。

      關于柴油發電機房的室內溫度和相對濕度《電氣規范》中有如下要求：

      表1對柴油發電機房的溫濕度作了相應的規定，兼顧了平時工況和工作工況。《電氣規范》第6.1.13.規定，"宜利用自然通風排除發電機間內的余熱，當不能滿足溫度要求時，應設置機械通風裝置”。位于地下的機房，由于地下室密閉環境的構造，多采用機械通風措施。位于地上機房，一般采用機房自然進風（如圖3所示），發電機組自帶風扇排風（如圖4所示）措施。

表1    發電機房主要房間溫濕度要求

（2）通風量計算

      工作工況柴油發電機房的通風量按消除余熱及稀釋有害氣體計算，并要取兩者較大值。消除余熱所需風量按下式計算：

L=Q/c_p（t_p-t_s）ρ

式中，L——為通風換氣量，m³/h；

Q——為機房計算余熱量，kW；

t_p——為室內排風設計溫度，℃；

t_s——為室外冬夏季通風計算溫度，℃；

c_p——為空氣定壓比熱，取1.01kJ/（kg·K）；

ρ——為空氣密度，kg/m³。

      發電機組的散熱量由生產廠家提供，當無具體數據時，可按以下估算：

      全封閉式發電機組取發電機額定功率的0.3-0.35，半封閉式發電機組取發電機組額定功率的0.5。稀釋有害氣體所需風量按≥20m³（kw·h）計算。排風系統風量為進風量減去燃燒空氣所需新風量。燃燒空氣所需新風量按7m³（kW·h）計算或由發電機廠家提供相關數據。排風量應略大于進風量，使房間保持一定的負壓狀態。

 

圖3  柴油發電機進風百葉窗設計圖

圖4  柴油發電機冷卻風扇工況示意圖

 

2、平時工況

      柴油發電機作為備用電源，平時大部分處于備用狀態，只有在市電檢修或緊急狀態時開啟。DL/T 5035—2016《發電廠供暖通風與空氣調節設計規范》（簡稱《發電廠暖規》第6.16.3條規定：“柴油發電機室平時通風系統通風量應按換氣次數不少于每小時10次計算”。因平時通風量與工作工況風量差別較大，故平時通風系統應單獨設置。在發電機組不運行時，通風設備間歇運行，以達到對機房降溫及防潮效果。且其通風風機應采用防爆型。

      根據表1的溫濕度要求，平時工況機房冬季最低溫度應在5℃以上。對于采用自然通風措施的柴油發電機房，未經處理的室外新風，直接進入室內，當室外溫度≤5℃時，是無法滿足機房對溫度要求的。此室外溫度可按通風室外計算溫度考慮。筆者認為，室外通風計算溫度≤5℃的區域是不應采用自然通風措施的。即使室外通風計算溫度>5℃區域，若設有自然通風措施，為了保證機房使用要求，機房與室外相通的通道應設電動密閉措施。特別是采用自然通風的防雨百葉應設電動風閥。當室外溫度低于5℃時，應關閉風閥，起到與室外隔絕的作用。對于嚴寒與寒冷地區應設采暖措施。當夏季通風無法滿足室內溫度要求的地區應設空調設備，以滿足機房溫度要求。

      這與《電氣規范》6.1.13.2的第4條“當環境溫度達不到啟動要求時，應采用局部或整機預熱措施”的要求是一致的。正因如此，電氣規范對自然通風的規定采用了“宜”的表述。因此，設計師應因地制宜，根據當地的氣象條件，選擇合適的通風措施。

      對于機房位于地下或相對濕度較大地區，當平時通風無法保證相對濕度要求時，可考慮設置除濕機，作為補充措施，以減小平時通風設計容量。

3、事故工況

      柴油發電機房的事故工況包括設氣體滅火后的通風及因柴油揮發所需通風。柴油發電機房需要具有較高的防火性能，使之能在應急情況下保證供電。

      氣體滅火系統主要用在不適于設置水滅火系統等其他滅火系統的環境中，比如計算機機房、移動通信基站(房)、UPS室、電池室、一般的柴油發電機房等。氣體滅火系統是指平時滅火劑以液體、液化氣體或氣體狀態存貯于壓力容器內，滅火時以氣體(包括蒸汽、氣霧)狀態噴射作為滅火介質的滅火系統。并能在防護區空間內形CO2氣體滅火系統成各方向均一的氣體濃度，而且至少能保持該滅火濃度達到規范規定的浸漬時間，實現撲滅該防護區的空間、立體火災。系統包括貯存容器、容器閥、選擇閥、液體單向閥、噴嘴和閥驅動裝置組成，結構組成如圖5所示，室內布局如圖6所示。

      GB 50016—2014《建筑設計防火規范》（2018年版）（簡稱《建規》）第5.4.13要求機房不僅要有良好的防火分隔，還要設置滅火和報警裝置。據此要求，其滅火設施是指設置自動噴水滅火系統，對于無法設置自動噴水滅火系統的機房，可設置其他滅火裝置，如氣體滅火等。對設置氣體滅火的機房（由給排水專業確定），應設置氣體滅火后通風措施，通風量按不小于5次h考慮。氣體滅火一般采用七氟丙烷，由于其密度比空氣重，故排風口應設在房間下部，排風口下綠至地面的距離不大于0.3m。對采用自然通風措施的機房，其室外防雨百葉應采用帶電動密閉閥風口，以保證氣體滅火時與外界隔絕。這與之前平時工況防雨百葉設電動風閥的要求是一致的。

      柴油發電機房采用柴油作為燃料，可參照《建規》第9.3.16條文解釋考慮柴油逸漏或揮發可燃性氣體所導致的爆炸可能。應設事故通風，機房位于地上時，事故通風量不少于6次；機房位于半地下時地下時，事故通風量不少于12次。事故排風口的高度應根據所采用柴油密度設置。事故通風可結合氣體滅火后通風設計，合用一套系統。事故通風的手動控制裝置應在室內外便于操作的地點分別設置。事故通風（含平時通風）系統應設置導除靜電接地措施（包括法蘭跨接）。事故風機電源采用消防應急電源。

      根據《發電廠暖規》第6.16.9條規定“柴油發電機室、油箱間的通風機和電動百葉窗的電動機及電動執行機構應為防爆型。電動機應為直接連接，并應采用保安電源作為備用電源。”此條規定設計師應特別注意，因為風機采用防爆大家已有共識，但電動百葉窗的防爆要求往往容易忽視。

 

圖5  柴油發電機房氣體滅火系統結構組成

圖6  柴油發電機房氣體滅火室內布局

 

 

總結：

      現行規范標準中對柴油發電機房的設計要求內容較少，缺乏系統、明確的規定。目前，采用通風方式是柴油發電機房降溫的首選，設計過程中應結合各地的氣象資料綜合考慮。對采用自然通風設計的，應設置相應的保護措施，以滿足平時、工作、事故3種工況。良好的設計對保證發電機組正常運行及延長其使用壽命至關重要。

 

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