機房設計與設備安裝

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

 

一、發(fā)電機房的暖通設計

 

      柴油發(fā)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(jiǎn)稱(chēng)《電氣規范》）第6.1.1條規定：“柴油發(fā)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(shí)，應有通風(fēng)、防潮、發(fā)電機組的排煙、消聲和減振等措施并滿(mǎn)足環(huán)保要求”。因此，無(wú)論機房位于地上還是地下，機房?jì)冗m宜的氣候環(huán)境和安全措施是確保發(fā)電機組正常運行的前提。

1、機房通風(fēng)目的

（1）為了排除發(fā)電機組運行過(guò)程中散發(fā)到室內的余熱；

（2）為發(fā)電機組運行提供所需的空氣。

2、暖通設計原則

      柴油發(fā)電機房?jì)鹊臏囟群蜐穸葘Πl(fā)電機的正常運行非常重要。對于室內空氣質(zhì)量和工作環(huán)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(zhì)量和穩定性；

（2）確保風(fēng)量充足、分布合理；

（3）盡可能減少噪音和震動(dòng)；

（4）降低能耗，提高能源的利用率。

2、排熱方式

      柴油發(fā)電機組是一種內燃發(fā)電機組，通過(guò)壓燃式內燃機使柴油燃燒的熱能轉變?yōu)闄C械功，并帶動(dòng)發(fā)電機發(fā)電，由柴油機、發(fā)電機和控制系統組成（如圖1所示）。發(fā)電機組運行過(guò)程除產(chǎn)生機械功外，  排除余熱的方式有風(fēng)冷和水冷之分，風(fēng)冷發(fā)電機組在發(fā)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(fēng)冷是利用風(fēng)機將熱量帶走。

（2）風(fēng)冷系統因其形式簡(jiǎn)單，初投資低，運行管理方便而被廣泛采用。

3、降噪措施

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

      機房?jì)仍肼曋饕獮橹?、高頻噪聲，故可在進(jìn)、排風(fēng)井內貼吸聲玻璃棉，在風(fēng)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(fēng)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(fēng)豎井外加設接力風(fēng)機。

4、暖通設計注意事項

      柴油發(fā)電機房暖通系統的效率和可靠性對于運營(yíng)和維護人員來(lái)說(shuō)非常重要。為了確保系統運行的效率和可靠性，設計時(shí)需要注意以下幾點(diǎn)：

（1）選用品牌可靠、質(zhì)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(huán)境變化而引起的損壞；

（4）選用能耗低、節能環(huán)保的設備和技術(shù)。

      北方冬季機房?jì)葢兄蛋嗖膳?。根據防火要求，目前柴油發(fā)電機房?jì)扔袝r(shí)設有自動(dòng)噴水滅火系統，且常為濕式系統，此時(shí)更應采取必要的采暖措施保證消防設施安全。在機房的進(jìn)風(fēng)、排風(fēng)系統上，宜設置不運行時(shí)自動(dòng)關(guān)閉的電動(dòng)閥門(mén)，以避免冷風(fēng)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(fā)電機組結構簡(jiǎn)圖

圖2  柴油發(fā)電機組機房暖通及降噪安裝圖

 

二、柴發(fā)機房的工況

 

      柴油發(fā)電機平時(shí)不運行，只在緊急情況下投入使用。暖通專(zhuān)業(yè)的設計內容包括平時(shí)工況、工作工況及事故工況。以下對這3種工況展開(kāi)論述。

1、工作工況

（1）室內溫度和相對濕度

      機房的溫度對發(fā)電機的效率有很大影響，有關(guān)資料提出，室溫40℃以上時(shí)，每上升11℃，發(fā)電機的功率下降2%。發(fā)電機組運行時(shí)，室內溫度和相對濕度應符合發(fā)電機組樣本及有關(guān)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(guān)于柴油發(fā)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(fā)電機房的溫濕度作了相應的規定，兼顧了平時(shí)工況和工作工況?！峨姎庖幏丁返?.1.13.規定，"宜利用自然通風(fēng)排除發(fā)電機間內的余熱，當不能滿(mǎn)足溫度要求時(shí)，應設置機械通風(fēng)裝置”。位于地下的機房，由于地下室密閉環(huán)境的構造，多采用機械通風(fēng)措施。位于地上機房，一般采用機房自然進(jìn)風(fēng)（如圖3所示），發(fā)電機組自帶風(fēng)扇排風(fēng)（如圖4所示）措施。

表1    發(fā)電機房主要房間溫濕度要求

（2）通風(fēng)量計算

      工作工況柴油發(fā)電機房的通風(fēng)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(fēng)量按下式計算：

L=Q/c_p（t_p-t_s）ρ

式中，L——為通風(fēng)換氣量，m³/h；

Q——為機房計算余熱量，kW；

t_p——為室內排風(fēng)設計溫度，℃；

t_s——為室外冬夏季通風(fēng)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(fā)電機組的散熱量由生產(chǎn)廠(chǎng)家提供，當無(wú)具體數據時(shí)，可按以下估算：

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

 

圖3  柴油發(fā)電機進(jìn)風(fēng)百葉窗設計圖

圖4  柴油發(fā)電機冷卻風(fēng)扇工況示意圖

 

2、平時(shí)工況

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

      根據表1的溫濕度要求，平時(shí)工況機房冬季最低溫度應在5℃以上。對于采用自然通風(fēng)措施的柴油發(fā)電機房，未經(jīng)處理的室外新風(fēng)，直接進(jìn)入室內，當室外溫度≤5℃時(shí)，是無(wú)法滿(mǎn)足機房對溫度要求的。此室外溫度可按通風(fēng)室外計算溫度考慮。筆者認為，室外通風(fēng)計算溫度≤5℃的區域是不應采用自然通風(fēng)措施的。即使室外通風(fēng)計算溫度>5℃區域，若設有自然通風(fēng)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(dòng)密閉措施。特別是采用自然通風(fēng)的防雨百葉應設電動(dòng)風(fēng)閥。當室外溫度低于5℃時(shí)，應關(guān)閉風(fēng)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(fēng)無(wú)法滿(mǎn)足室內溫度要求的地區應設空調設備，以滿(mǎn)足機房溫度要求。

      這與《電氣規范》6.1.13.2的第4條“當環(huán)境溫度達不到啟動(dòng)要求時(shí)，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(fēng)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(fēng)措施。

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

3、事故工況

      柴油發(fā)電機房的事故工況包括設氣體滅火后的通風(fēng)及因柴油揮發(fā)所需通風(fēng)。柴油發(fā)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(huán)境中，比如計算機機房、移動(dòng)通信基站(房)、UPS室、電池室、一般的柴油發(fā)電機房等。氣體滅火系統是指平時(shí)滅火劑以液體、液化氣體或氣體狀態(tài)存貯于壓力容器內，滅火時(shí)以氣體(包括蒸汽、氣霧)狀態(tài)噴射作為滅火介質(zhì)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(shí)間，實(shí)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(dòng)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(jiǎn)稱(chēng)《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(dòng)噴水滅火系統，對于無(wú)法設置自動(dòng)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(zhuān)業(yè)確定），應設置氣體滅火后通風(fēng)措施，通風(fēng)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(fēng)口應設在房間下部，排風(fēng)口下綠至地面的距離不大于0.3m。對采用自然通風(fēng)措施的機房，其室外防雨百葉應采用帶電動(dòng)密閉閥風(fēng)口，以保證氣體滅火時(shí)與外界隔絕。這與之前平時(shí)工況防雨百葉設電動(dòng)風(fēng)閥的要求是一致的。

      柴油發(fā)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(fā)可燃性氣體所導致的爆炸可能。應設事故通風(fēng)，機房位于地上時(shí)，事故通風(fēng)量不少于6次；機房位于半地下時(shí)地下時(shí)，事故通風(fēng)量不少于12次。事故排風(fēng)口的高度應根據所采用柴油密度設置。事故通風(fēng)可結合氣體滅火后通風(fēng)設計，合用一套系統。事故通風(fēng)的手動(dòng)控制裝置應在室內外便于操作的地點(diǎn)分別設置。事故通風(fēng)（含平時(shí)通風(fēng)）系統應設置導除靜電接地措施（包括法蘭跨接）。事故風(fēng)機電源采用消防應急電源。

      根據《發(fā)電廠(chǎng)暖規》第6.16.9條規定“柴油發(fā)電機室、油箱間的通風(fēng)機和電動(dòng)百葉窗的電動(dòng)機及電動(dòng)執行機構應為防爆型。電動(dòng)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(fēng)機采用防爆大家已有共識，但電動(dòng)百葉窗的防爆要求往往容易忽視。

 

圖5  柴油發(fā)電機房氣體滅火系統結構組成

圖6  柴油發(fā)電機房氣體滅火室內布局

 

 

總結：

      現行規范標準中對柴油發(fā)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(fēng)方式是柴油發(fā)電機房降溫的首選，設計過(guò)程中應結合各地的氣象資料綜合考慮。對采用自然通風(fēng)設計的，應設置相應的保護措施，以滿(mǎn)足平時(shí)、工作、事故3種工況。良好的設計對保證發(fā)電機組正常運行及延長(cháng)其使用壽命至關(guān)重要。

 

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