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機房設計與設備安裝 |
柴油發電機組的機房選址和綜合設計方案 |
摘要：在高層建筑中，通常會建立一座獨立的柴發機房，以保證柴油發電機組進風、排風等環節的通暢，提高供電質量。柴發機房選址應選擇一處四周無外墻的空置房間，為設備的進風管道和排煙管道提供條件。避免設置在建筑物的主入口和對立面的位置，以免設備排煙、通風等對周圍造成的不良影響。本文將就高層建筑中柴油發電機組的機房設置原則、設備布局以及機房設計等問題提出一些理解和認識，以供參考。
一、柴發機房選址原則
1、適合的位置
宜布置在首層或地下1、2層，當地下室為3層及以上時，不宜設置在最底層，數據中心的柴油發電機房不應設置于地下室最底層（如只有地下1層，則不應設置于該層；如有地下兩層，則不應設置于地下2層），柴油發電機房設置位置還要滿足當地供電公司的相關要求。
2、避免的位置
（1）不應布置在人員密集場所的上一層、下一層或貼鄰。此條為強制性條文，當機房設置于地下1層時，重點需要核對地上首層建筑功能是否為人員密集場所，應避開主要通道、業務用房等經常有人停留的場所，宜設置于設備用房區域下方。
（2）不應設置在衛生間等經常積水場所的下一層，且不宜與上述場所相貼鄰，不宜設置于智能化機房上方、下方或貼鄰。此條也是容易被忽略的，根據GB 50352 - 2019《民用建筑設計統一標準》第8.3.3條第1款要求，原適用于變電所的相關要求也同樣適用于柴油發電機房。
3、有利于吊裝的位置
靠近變電所，方便設備吊裝運輸。柴油發電機供電電源需要在變電所與市電電源進行切換供電，宜接近用電負荷中心，如果機房距離變電所較遠，再加上變電所至用電設備的供電距離，有可能遠大于低壓供電半徑，此時不僅導致供電成本、電能損耗增加，同時對供電壓降、接地故障保護動作有效性也有影響，需要進行電壓損失和接地故障保護動作靈敏度校驗。
機組的運輸條件也是容易被設計人員忽視的，大容量柴油發電機組一般體積、重量都較大，需要跟土建專業核實運輸安裝條件，當利用車道作為運輸路徑時，要考慮坡道入口處的凈高和運輸車道荷載是否滿足要求，可考慮利用暖通專業冷凍機組等大型設備的吊裝孔兼作柴油發電機組的吊裝孔，不具備條件時則需要單獨設置機組吊裝孔和運輸通道。
5、有利于通風的位置
宜靠建筑外墻布置，機房的進風井、排風井和排煙井應直通室外，進、排風口不宜設置在同一側。此條要求對柴油發電機房的位置較為苛刻，建筑外墻應是指地上建筑外墻，非地下室外墻，主要是基于滿足機房自然進風井、排風井設置條件。另外柴油發電機房的進風井、排風井和排煙井要避免設置在建筑主入口、正立面等部位，以免排風、排煙對其造成影響。
由于要同時滿足以上條件，另兼顧建筑功能及美觀要求，因此，民用建筑地下室的柴油發電機房選址條件可謂相當苛刻，需要對地下、地上建筑條件進行仔細分析，尤其在方案或初步設計階段，建筑功能有可能不斷調整，影響機房的設置，所以需要仔細分析、比選，并與其他專業溝通配合，尋找最優機房設計方案。
二、機房內的設備布置與建設條件
典型柴油發電機房設備布置如圖1所示，實物機房安裝如圖2所示。
1、設備布置
（1）機房設備布置應根據柴油發電機組容量大小和臺數而定，應力求緊湊、經濟合理、保證平安及便于維護。
（2）當發電機房只設一臺柴油發電機組時，如果柴油發電機組容量在500kW 及以下，則一般不設控制室，這時配電屏、控制屏宜布置在發電機端或發電機側，其操作檢修通道的要求為屏前距發電機端不應小于2m，屏前距發電機側不應小于1.5m。
（3）對于單機容量在500kW 及以上的多臺柴油發電機組，考慮到運行維護、管理和集中控制的方便，宜設控制室。一般將發電機控制屏、柴油發電機組操作臺、動力控制〔屏〕臺及照明配電箱等放在控制室。控制室的布置與低壓配電室的布置的技術要求一樣。
（4）在機房內，柴油發電機組宜橫向布置〔垂直布置〕，這樣，柴油發電機組的中心線與機房的中軸線垂直，操作管理方便，管線短，布置緊湊。當機房與控制及配電室毗鄰布置時，發電機出線端宜布置在靠近控制及配電室一側。
2、輸出線路的選擇與敷設
柴油發電機房宜按潮濕環境選擇電力電纜或絕緣電線；發電機至配電屏的引出線宜采用銅芯電纜或封閉式母線；強電控制測量線路、勵磁線路應選擇銅芯控制電纜或銅芯電線；控制線路、勵磁線路和電力配線宜穿鋼管埋地敷設或沿電纜溝敷設，勵磁線路與主干線采用鋼管配電時可穿于同一管中。柴油發電機房固定照明須接應急電源。
3、機房的土建條件
（1）機房的高、長、寬尺寸必須滿足柴油發電機組的安裝要求。對于小型柴油發電機組，假設油箱、電控箱與柴油發電機組屬于同一整體，柴油發電機組的中心線與機房的中軸線重合，則柴油發電機組與墻之間要留有1.5m左右的巡視檢修通道，散熱器應盡量靠近熱風出口百葉窗。
（2）要留有設備進出門及值班人員進出門，設備進出門要保證柴油發電機組能推進推出的小門；如因條件限制，設備進出的大門也可開人員進出，在針對柴油機散熱器的地方要留熱風排出百葉窗。如果不采用整體風冷柴油發電機組，要留有冷卻水管道過樓板的預留孔。
（3）根據柴油發電機組的高度及排煙方向，要在墻上預埋排煙管通道套管。
（4）根據柴油發電機組重量，土建要做相應的根底，并根據柴油發電機組底盤的尺寸，還要做相應的機座，預留埋地角螺絲的孔洞。
（5）要根據進出線及電控箱位置，設置電纜溝或預埋管。
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圖1 柴油發電機房平面布置示意圖 |
圖2 柴油發電機房實物全景示意圖 |
三、設備安裝及機房的整合設計
1、設備安裝
應確保散熱器與通風口保持在1米至1.2米的距離之間，風口底部應距地面0.4米，且應將發電機放在房間較中間的位置，并與除通風口外的三面墻壁保持2米的距離。如若在同一房間內設置多臺發電機組，應將他們的位置距離保持在2.5米，使其通風順暢，為設備的維修和保養提供方便。
2、降溫措施
在柴油發電機運行過程中，會產生大量的熱量，使周圍的溫度升高，從而在一定程度上降低了有機的運行效率。因而，在柴油發電機系統設計過程中，應采取有效的降溫措施，提高設備的運行質量，保證數據中心的有效運行。
3、通風設計
滿足柴油發電機組發電需求，保證通風質量。通常一體式冷卻系統，進風口應保證是散熱器芯面積的1.8倍，并將其架設在發電機的兩端。排風口是提高設備運行質量的重要保障，其設計面積應是散熱器芯面積的1.5倍，并將其架設在柴油機散熱口的對立面，避免引發進風與排風相互混合的運行問題。
（1）聯機式冷卻系統
聯機式冷卻系統即一體式冷卻系統，如圖3所示。在柴油發電機組的開發階段驗證定型，可靠性和冷卻效率都很高，性價比高且現場安裝簡單，故障率低且故障處理容易，但對機房的進風量要求大，柴油發電機組運行時水箱風扇噪聲大。
（2）熱交換器+遠置水箱
當需要水箱遠置，且水箱與柴油發電機組的相對位置，既超過發動機的靜壓頭要求也超過其摩擦壓頭要求時，可參考圖4，采用熱交換器遠置水箱的冷卻系統。熱交換器的位置主要受制于發動機的驅動能力，可如圖4所示直接將熱交換器裝配在發動機本體上或安裝在柴油發電機組附近，熱交換器柴油發電機組側一次冷卻系統與水箱側二次冷卻系統互相獨立，柴油發電機組側冷卻系統流量等于發動機冷卻流量，水箱側冷卻流量，即二次側冷卻驅動水泵的流量，應在確保熱交換器二次側冷卻液出口溫度小于熱交換器最高容許溫度的前提下，從熱交換器有效帶出發動機傳遞給冷卻系統的熱量，送遠置水箱冷卻。
4、排煙管道設計
排煙系統應采用室外架空方式，將排煙管道引向室外。在安裝過程中，應注意排風管的彎曲設計，并保證其能夠有足夠的伸縮空間。通常在水平鋪設中，應確保排煙背壓在10以下，從而進一步保障排煙質量。
5、接地要求
（1）工作接地：發電機中性點接地；
（2）保護接地：電氣設備正常不帶電的金屬外殼接地；
（3）防靜電接地：燃油系統的設備及管道接地。
各種接地可與其建筑的其他接地共用接地裝置，即采用聯合接地方式。
6、柴發控制屏
康明斯發電機組通常采用DSE8610控制器的控制屏，其具有檢測、控制、警報等功能。控制屏為微電腦控制，帶液品數字顯示屏，應能承受機械、電氣振動，電和熱應力及在正常運行情況下可能遭受的濕度影響。且須具有電磁波干擾、具有故障儲存、實時報警和系統自診斷功能。配有保護裝置以避免控制電路短路所引起的后果。
7、供油系統設計
供油系統是柴油發電機的重要組成部分，對數據中心的有效運行具有重要影響。近年來，為了滿足GB 50174-2014和GB 50016-2014等相關規范要求，在數據中心柴油發電機系統設計過程中，應單獨設立設備的日用油箱間，并保證足夠的日用燃油，使柴油發電機組運行時間不低于72小時。此外，應在日用油箱上設置液位控制設備，當出現油位超出高液位及時發出警報，降低柴油燃料的大量浪費，保障柴油發電機系統的運行質量，從而進一步滿足數據中心對柴油發電機的設計需求。
8、機房噪聲控制
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圖3 柴油發電機冷卻系統安裝圖（帶散熱水箱） |
圖4 柴油發電機冷卻系統安裝圖（帶熱交換器） |
總結：
根據柴油發電機的外形尺寸，發電機房設計時有足夠的擺放空間，柴油發電機四周離墻壁至少有80公分距離。盡量避開建筑物的主入口、正立面等部位，以免排風、排煙對其造成影響。注意噪音對環境的影響，盡量離工作與生活場所與遠點。特別是布置在地下室的發電機房，由于地下室出入不易，自然通風條件不良，給機房設計帶來一系列不利因素，設計時要注意好。
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