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机房设计与设备安装 |
柴油发电机房的温度、湿度要求及暖通设计 |
摘要：良好的暖通设计对柴油发电机组的运行十分重要，可根据柴油发电机组的工作特点，并应从设计角度出发，与发电机厂家对相关内容进行探讨。为了保证柴油发电机房的使用要求，康明斯公司在本文中依据相关规范，从其使用特点出发，阐述了柴油发电机房暖通设计中的几个要点，包括暖通设计的目的与原则、通风量计算、送排风形式、消防及事故通风设计等内容，并且提出了柴油发电机房暖通设计要兼顾平时、工作及事故3种工况。
一、发电机房的暖通设计
柴油发电机是作为应急或备用电源而设置的。根据JGJ16—2008《民用建筑电气设计规范》（简称《电气规范》）第6.1.1条规定：“柴油发电机房可布置于建筑物的首层、地下1层或地下2层，不应布置在地下3层及以下。当布置在地下层时，应有通风、防潮、发电机组的排烟、消声和减振等措施并满足环保要求”。因此，无论机房位于地上还是地下，机房内适宜的气候环境和安全措施是确保发电机组正常运行的前提。
1、机房通风目的
（1）为了排除发电机组运行过程中散发到室内的余热；
（2）为发电机组运行提供所需的空气。
2、暖通设计原则
柴油发电机房内的温度和湿度对发电机的正常运行非常重要。对于室内空气质量和工作环境的要求比较高，所以暖通系统设计需要遵循以下原则：
（1）保证室内空气的质量和稳定性；
（2）确保风量充足、分布合理；
（3）尽可能减少噪音和震动；
（4）降低能耗，提高能源的利用率。
2、排热方式
柴油发电机组是一种内燃发电机组，通过压燃式内燃机使柴油燃烧的热能转变为机械功，并带动发电机发电，由柴油机、发电机和控制系统组成（如图1所示）。发电机组运行过程除产生机械功外， 排除余热的方式有风冷和水冷之分，风冷发电机组在发电机机头装有气/水换热器和排气扇。
（1）水冷是利用冷却水将热量排至室外，风冷是利用风机将热量带走。
（2）风冷系统因其形式简单，初投资低，运行管理方便而被广泛采用。
3、降噪措施
柴发机房应充分考虑降噪措施，在机房布置时，不宜将其布置在主立面或面向人员活动密集区的位置。降噪措施主要包括选择噪音小的环保机组、建筑吸声、隔声、通风消声、燃烧废气消声、机组隔振等，安装布置如图2所示。
机房内噪声主要为中、高频噪声，故可在进、排风井内贴吸声玻璃棉，在风管上设置阻抗复合式消声器。值得注意的是，由于机组机头排气扇风压较小，在一些条件有限的噪声改造项目中，应根据设备参数确定是否需在冷却通风竖井外加设接力风机。
4、暖通设计注意事项
柴油发电机房暖通系统的效率和可靠性对于运营和维护人员来说非常重要。为了确保系统运行的效率和可靠性，设计时需要注意以下几点：
（1）选用品牌可靠、质量保证的暖通设备；
（2）设计合理、结构紧凑，方便维护和检修；
（3）合适的保护措施，避免因为环境变化而引起的损坏；
（4）选用能耗低、节能环保的设备和技术。
北方冬季机房内应有值班采暖。根据防火要求，目前柴油发电机房内有时设有自动喷水灭火系统，且常为湿式系统，此时更应采取必要的采暖措施保证消防设施安全。在机房的进风、排风系统上，宜设置不运行时自动关闭的电动阀门，以避免冷风损失。有人停留的控制室等宜单独设置，以便于独立控制室内空气参数。
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图1 柴油发电机组结构简图 |
图2 柴油发电机组机房暖通及降噪安装图 |
二、柴发机房的工况
柴油发电机平时不运行，只在紧急情况下投入使用。暖通专业的设计内容包括平时工况、工作工况及事故工况。以下对这3种工况展开论述。
1、工作工况
（1）室内温度和相对湿度
机房的温度对发电机的效率有很大影响，有关资料提出，室温40℃以上时，每上升11℃，发电机的功率下降2%。发电机组运行时，室内温度和相对湿度应符合发电机组样本及有关电气规范的要求，一般夏季温度应不大于35℃，相对湿度应不大于75%。
关于柴油发电机房的室内温度和相对湿度《电气规范》中有如下要求：
表1对柴油发电机房的温湿度作了相应的规定，兼顾了平时工况和工作工况。《电气规范》第6.1.13.规定，"宜利用自然通风排除发电机间内的余热，当不能满足温度要求时，应设置机械通风装置”。位于地下的机房，由于地下室密闭环境的构造，多采用机械通风措施。位于地上机房，一般采用机房自然进风（如图3所示），发电机组自带风扇排风（如图4所示）措施。
表1 发电机房主要房间温湿度要求
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房间名称
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冬季
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夏季
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温度℃
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相对湿度
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温度℃
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相对湿度
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机房（就地操作）
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15-30
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30-60
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30-35
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40-75
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机房（隔室操作、自动）
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5-30
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30-60
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32-37
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≤75
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控制及配电室
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16-18
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≤75
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28-30
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≤75
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值班室
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16-20
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≤75
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≤28
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≤75
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（2）通风量计算
工作工况柴油发电机房的通风量按消除余热及稀释有害气体计算，并要取两者较大值。消除余热所需风量按下式计算：
L=Q/cp（tp-ts）ρ
式中，L——为通风换气量，m³/h；
Q——为机房计算余热量，kW；
tp——为室内排风设计温度，℃；
ts——为室外冬夏季通风计算温度，℃；
cp——为空气定压比热，取1.01kJ/（kg·K）；
ρ——为空气密度，kg/m³。
发电机组的散热量由生产厂家提供，当无具体数据时，可按以下估算：
全封闭式发电机组取发电机额定功率的0.3-0.35，半封闭式发电机组取发电机组额定功率的0.5。稀释有害气体所需风量按≥20m³（kw·h）计算。排风系统风量为进风量减去燃烧空气所需新风量。燃烧空气所需新风量按7m³（kW·h）计算或由发电机厂家提供相关数据。排风量应略大于进风量，使房间保持一定的负压状态。
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图3 柴油发电机进风百叶窗设计图 |
图4 柴油发电机冷却风扇工况示意图 |
2、平时工况
柴油发电机作为备用电源，平时大部分处于备用状态，只有在市电检修或紧急状态时开启。DL/T 5035—2016《发电厂供暖通风与空气调节设计规范》（简称《发电厂暖规》第6.16.3条规定：“柴油发电机室平时通风系统通风量应按换气次数不少于每小时10次计算”。因平时通风量与工作工况风量差别较大，故平时通风系统应单独设置。在发电机组不运行时，通风设备间歇运行，以达到对机房降温及防潮效果。且其通风风机应采用防爆型。
根据表1的温湿度要求，平时工况机房冬季最低温度应在5℃以上。对于采用自然通风措施的柴油发电机房，未经处理的室外新风，直接进入室内，当室外温度≤5℃时，是无法满足机房对温度要求的。此室外温度可按通风室外计算温度考虑。笔者认为，室外通风计算温度≤5℃的区域是不应采用自然通风措施的。即使室外通风计算温度>5℃区域，若设有自然通风措施，为了保证机房使用要求，机房与室外相通的通道应设电动密闭措施。特别是采用自然通风的防雨百叶应设电动风阀。当室外温度低于5℃时，应关闭风阀，起到与室外隔绝的作用。对于严寒与寒冷地区应设采暖措施。当夏季通风无法满足室内温度要求的地区应设空调设备，以满足机房温度要求。
这与《电气规范》6.1.13.2的第4条“当环境温度达不到启动要求时，应采用局部或整机预热措施”的要求是一致的。正因如此，电气规范对自然通风的规定采用了“宜”的表述。因此，设计师应因地制宜，根据当地的气象条件，选择合适的通风措施。
对于机房位于地下或相对湿度较大地区，当平时通风无法保证相对湿度要求时，可考虑设置除湿机，作为补充措施，以减小平时通风设计容量。
3、事故工况
柴油发电机房的事故工况包括设气体灭火后的通风及因柴油挥发所需通风。柴油发电机房需要具有较高的防火性能，使之能在应急情况下保证供电。
气体灭火系统主要用在不适于设置水灭火系统等其他灭火系统的环境中，比如计算机机房、移动通信基站(房)、UPS室、电池室、一般的柴油发电机房等。气体灭火系统是指平时灭火剂以液体、液化气体或气体状态存贮于压力容器内，灭火时以气体(包括蒸汽、气雾)状态喷射作为灭火介质的灭火系统。并能在防护区空间内形CO2气体灭火系统成各方向均一的气体浓度，而且至少能保持该灭火浓度达到规范规定的浸渍时间，实现扑灭该防护区的空间、立体火灾。系统包括贮存容器、容器阀、选择阀、液体单向阀、喷嘴和阀驱动装置组成，结构组成如图5所示，室内布局如图6所示。
GB 50016—2014《建筑设计防火规范》（2018年版）（简称《建规》）第5.4.13要求机房不仅要有良好的防火分隔，还要设置灭火和报警装置。据此要求，其灭火设施是指设置自动喷水灭火系统，对于无法设置自动喷水灭火系统的机房，可设置其他灭火装置，如气体灭火等。对设置气体灭火的机房（由给排水专业确定），应设置气体灭火后通风措施，通风量按不小于5次h考虑。气体灭火一般采用七氟丙烷，由于其密度比空气重，故排风口应设在房间下部，排风口下绿至地面的距离不大于0.3m。对采用自然通风措施的机房，其室外防雨百叶应采用带电动密闭阀风口，以保证气体灭火时与外界隔绝。这与之前平时工况防雨百叶设电动风阀的要求是一致的。
柴油发电机房采用柴油作为燃料，可参照《建规》第9.3.16条文解释考虑柴油逸漏或挥发可燃性气体所导致的爆炸可能。应设事故通风，机房位于地上时，事故通风量不少于6次；机房位于半地下时地下时，事故通风量不少于12次。事故排风口的高度应根据所采用柴油密度设置。事故通风可结合气体灭火后通风设计，合用一套系统。事故通风的手动控制装置应在室内外便于操作的地点分别设置。事故通风（含平时通风）系统应设置导除静电接地措施（包括法兰跨接）。事故风机电源采用消防应急电源。
根据《发电厂暖规》第6.16.9条规定“柴油发电机室、油箱间的通风机和电动百叶窗的电动机及电动执行机构应为防爆型。电动机应为直接连接，并应采用保安电源作为备用电源。”此条规定设计师应特别注意，因为风机采用防爆大家已有共识，但电动百叶窗的防爆要求往往容易忽视。
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图5 柴油发电机房气体灭火系统结构组成 |
图6 柴油发电机房气体灭火室内布局 |
总结：
现行规范标准中对柴油发电机房的设计要求内容较少，缺乏系统、明确的规定。目前，采用通风方式是柴油发电机房降温的首选，设计过程中应结合各地的气象资料综合考虑。对采用自然通风设计的，应设置相应的保护措施，以满足平时、工作、事故3种工况。良好的设计对保证发电机组正常运行及延长其使用寿命至关重要。
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