機(jī)房設(shè)計(jì)與設(shè)備安裝

柴油發(fā)電機(jī)房的溫度、濕度要求及暖通設(shè)計(jì)

 

摘要：良好的暖通設(shè)計(jì)對(duì)柴油發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行十分重要，可根據(jù)柴油發(fā)電機(jī)組的工作特點(diǎn)，并應(yīng)從設(shè)計(jì)角度出發(fā)，與發(fā)電機(jī)廠家對(duì)相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行探討。為了保證柴油發(fā)電機(jī)房的使用要求，康明斯公司在本文中依據(jù)相關(guān)規(guī)范，從其使用特點(diǎn)出發(fā)，闡述了柴油發(fā)電機(jī)房暖通設(shè)計(jì)中的幾個(gè)要點(diǎn)，包括暖通設(shè)計(jì)的目的與原則、通風(fēng)量計(jì)算、送排風(fēng)形式、消防及事故通風(fēng)設(shè)計(jì)等內(nèi)容，并且提出了柴油發(fā)電機(jī)房暖通設(shè)計(jì)要兼顧平時(shí)、工作及事故3種工況。

 

一、發(fā)電機(jī)房的暖通設(shè)計(jì)

 

      柴油發(fā)電機(jī)是作為應(yīng)急或備用電源而設(shè)置的。根據(jù)JGJ16—2008《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》（簡(jiǎn)稱《電氣規(guī)范》）第6.1.1條規(guī)定：“柴油發(fā)電機(jī)房可布置于建筑物的首層、地下1層或地下2層，不應(yīng)布置在地下3層及以下。當(dāng)布置在地下層時(shí)，應(yīng)有通風(fēng)、防潮、發(fā)電機(jī)組的排煙、消聲和減振等措施并滿足環(huán)保要求”。因此，無(wú)論機(jī)房位于地上還是地下，機(jī)房?jī)?nèi)適宜的氣候環(huán)境和安全措施是確保發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行的前提。

1、機(jī)房通風(fēng)目的

（1）為了排除發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中散發(fā)到室內(nèi)的余熱；

（2）為發(fā)電機(jī)組運(yùn)行提供所需的空氣。

2、暖通設(shè)計(jì)原則

      柴油發(fā)電機(jī)房?jī)?nèi)的溫度和濕度對(duì)發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行非常重要。對(duì)于室內(nèi)空氣質(zhì)量和工作環(huán)境的要求比較高，所以暖通系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要遵循以下原則：

（1）保證室內(nèi)空氣的質(zhì)量和穩(wěn)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(jī)組是一種內(nèi)燃發(fā)電機(jī)組，通過(guò)壓燃式內(nèi)燃機(jī)使柴油燃燒的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功，并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，由柴油機(jī)、發(fā)電機(jī)和控制系統(tǒng)組成（如圖1所示）。發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過(guò)程除產(chǎn)生機(jī)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(jī)組在發(fā)電機(jī)機(jī)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(jī)將熱量帶走。

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

3、降噪措施

      柴發(fā)機(jī)房應(yīng)充分考慮降噪措施，在機(jī)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(qū)的位置。降噪措施主要包括選擇噪音小的環(huán)保機(jī)組、建筑吸聲、隔聲、通風(fēng)消聲、燃燒廢氣消聲、機(jī)組隔振等，安裝布置如圖2所示。

      機(jī)房?jī)?nèi)噪聲主要為中、高頻噪聲，故可在進(jìn)、排風(fēng)井內(nèi)貼吸聲玻璃棉，在風(fēng)管上設(shè)置阻抗復(fù)合式消聲器。值得注意的是，由于機(jī)組機(jī)頭排氣扇風(fēng)壓較小，在一些條件有限的噪聲改造項(xiàng)目中，應(yīng)根據(jù)設(shè)備參數(shù)確定是否需在冷卻通風(fēng)豎井外加設(shè)接力風(fēng)機(jī)。

4、暖通設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

      柴油發(fā)電機(jī)房暖通系統(tǒng)的效率和可靠性對(duì)于運(yùn)營(yíng)和維護(hù)人員來(lái)說(shuō)非常重要。為了確保系統(tǒng)運(yùn)行的效率和可靠性，設(shè)計(jì)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(shè)備；

（2）設(shè)計(jì)合理、結(jié)構(gòu)緊湊，方便維護(hù)和檢修；

（3）合適的保護(hù)措施，避免因?yàn)榄h(huán)境變化而引起的損壞；

（4）選用能耗低、節(jié)能環(huán)保的設(shè)備和技術(shù)。

      北方冬季機(jī)房?jī)?nèi)應(yīng)有值班采暖。根據(jù)防火要求，目前柴油發(fā)電機(jī)房?jī)?nèi)有時(shí)設(shè)有自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)，且常為濕式系統(tǒng)，此時(shí)更應(yīng)采取必要的采暖措施保證消防設(shè)施安全。在機(jī)房的進(jìn)風(fēng)、排風(fēng)系統(tǒng)上，宜設(shè)置不運(yùn)行時(shí)自動(dòng)關(guān)閉的電動(dòng)閥門，以避免冷風(fēng)損失。有人停留的控制室等宜單獨(dú)設(shè)置，以便于獨(dú)立控制室內(nèi)空氣參數(shù)。

 

圖1  柴油發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

圖2  柴油發(fā)電機(jī)組機(jī)房暖通及降噪安裝圖

 

二、柴發(fā)機(jī)房的工況

 

      柴油發(fā)電機(jī)平時(shí)不運(yùn)行，只在緊急情況下投入使用。暖通專業(yè)的設(shè)計(jì)內(nèi)容包括平時(shí)工況、工作工況及事故工況。以下對(duì)這3種工況展開(kāi)論述。

1、工作工況

（1）室內(nèi)溫度和相對(duì)濕度

      機(jī)房的溫度對(duì)發(fā)電機(jī)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(jī)的功率下降2%。發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)，室內(nèi)溫度和相對(duì)濕度應(yīng)符合發(fā)電機(jī)組樣本及有關(guān)電氣規(guī)范的要求，一般夏季溫度應(yīng)不大于35℃，相對(duì)濕度應(yīng)不大于75%。

      關(guān)于柴油發(fā)電機(jī)房的室內(nèi)溫度和相對(duì)濕度《電氣規(guī)范》中有如下要求：

      表1對(duì)柴油發(fā)電機(jī)房的溫濕度作了相應(yīng)的規(guī)定，兼顧了平時(shí)工況和工作工況?！峨姎庖?guī)范》第6.1.13.規(guī)定，"宜利用自然通風(fēng)排除發(fā)電機(jī)間內(nèi)的余熱，當(dāng)不能滿足溫度要求時(shí)，應(yīng)設(shè)置機(jī)械通風(fēng)裝置”。位于地下的機(jī)房，由于地下室密閉環(huán)境的構(gòu)造，多采用機(jī)械通風(fēng)措施。位于地上機(jī)房，一般采用機(jī)房自然進(jìn)風(fēng)（如圖3所示），發(fā)電機(jī)組自帶風(fēng)扇排風(fēng)（如圖4所示）措施。

表1    發(fā)電機(jī)房主要房間溫濕度要求

（2）通風(fēng)量計(jì)算

      工作工況柴油發(fā)電機(jī)房的通風(fēng)量按消除余熱及稀釋有害氣體計(jì)算，并要取兩者較大值。消除余熱所需風(fēng)量按下式計(jì)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(jī)房計(jì)算余熱量，kW；

t_p——為室內(nèi)排風(fēng)設(shè)計(jì)溫度，℃；

t_s——為室外冬夏季通風(fēng)計(jì)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(jī)組的散熱量由生產(chǎn)廠家提供，當(dāng)無(wú)具體數(shù)據(jù)時(shí)，可按以下估算：

      全封閉式發(fā)電機(jī)組取發(fā)電機(jī)額定功率的0.3-0.35，半封閉式發(fā)電機(jī)組取發(fā)電機(jī)組額定功率的0.5。稀釋有害氣體所需風(fēng)量按≥20m³（kw·h）計(jì)算。排風(fēng)系統(tǒng)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(jì)算或由發(fā)電機(jī)廠家提供相關(guān)數(shù)據(jù)。排風(fēng)量應(yīng)略大于進(jìn)風(fēng)量，使房間保持一定的負(fù)壓狀態(tài)。

 

圖3  柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)風(fēng)百葉窗設(shè)計(jì)圖

圖4  柴油發(fā)電機(jī)冷卻風(fēng)扇工況示意圖

 

2、平時(shí)工況

      柴油發(fā)電機(jī)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)電廠供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》（簡(jiǎn)稱《發(fā)電廠暖規(guī)》第6.16.3條規(guī)定：“柴油發(fā)電機(jī)室平時(shí)通風(fēng)系統(tǒng)通風(fēng)量應(yīng)按換氣次數(shù)不少于每小時(shí)10次計(jì)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(tǒng)應(yīng)單獨(dú)設(shè)置。在發(fā)電機(jī)組不運(yùn)行時(shí)，通風(fēng)設(shè)備間歇運(yùn)行，以達(dá)到對(duì)機(jī)房降溫及防潮效果。且其通風(fēng)風(fēng)機(jī)應(yīng)采用防爆型。

      根據(jù)表1的溫濕度要求，平時(shí)工況機(jī)房冬季最低溫度應(yīng)在5℃以上。對(duì)于采用自然通風(fēng)措施的柴油發(fā)電機(jī)房，未經(jīng)處理的室外新風(fēng)，直接進(jìn)入室內(nèi)，當(dāng)室外溫度≤5℃時(shí)，是無(wú)法滿足機(jī)房對(duì)溫度要求的。此室外溫度可按通風(fēng)室外計(jì)算溫度考慮。筆者認(rèn)為，室外通風(fēng)計(jì)算溫度≤5℃的區(qū)域是不應(yīng)采用自然通風(fēng)措施的。即使室外通風(fēng)計(jì)算溫度>5℃區(qū)域，若設(shè)有自然通風(fēng)措施，為了保證機(jī)房使用要求，機(jī)房與室外相通的通道應(yīng)設(shè)電動(dòng)密閉措施。特別是采用自然通風(fēng)的防雨百葉應(yīng)設(shè)電動(dòng)風(fēng)閥。當(dāng)室外溫度低于5℃時(shí)，應(yīng)關(guān)閉風(fēng)閥，起到與室外隔絕的作用。對(duì)于嚴(yán)寒與寒冷地區(qū)應(yīng)設(shè)采暖措施。當(dāng)夏季通風(fēng)無(wú)法滿足室內(nèi)溫度要求的地區(qū)應(yīng)設(shè)空調(diào)設(shè)備，以滿足機(jī)房溫度要求。

      這與《電氣規(guī)范》6.1.13.2的第4條“當(dāng)環(huán)境溫度達(dá)不到啟動(dòng)要求時(shí)，應(yīng)采用局部或整機(jī)預(yù)熱措施”的要求是一致的。正因如此，電氣規(guī)范對(duì)自然通風(fēng)的規(guī)定采用了“宜”的表述。因此，設(shè)計(jì)師應(yīng)因地制宜，根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍庀髼l件，選擇合適的通風(fēng)措施。

      對(duì)于機(jī)房位于地下或相對(duì)濕度較大地區(qū)，當(dāng)平時(shí)通風(fēng)無(wú)法保證相對(duì)濕度要求時(shí)，可考慮設(shè)置除濕機(jī)，作為補(bǔ)充措施，以減小平時(shí)通風(fēng)設(shè)計(jì)容量。

3、事故工況

      柴油發(fā)電機(jī)房的事故工況包括設(shè)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(jī)房需要具有較高的防火性能，使之能在應(yīng)急情況下保證供電。

      氣體滅火系統(tǒng)主要用在不適于設(shè)置水滅火系統(tǒng)等其他滅火系統(tǒng)的環(huán)境中，比如計(jì)算機(jī)機(jī)房、移動(dòng)通信基站(房)、UPS室、電池室、一般的柴油發(fā)電機(jī)房等。氣體滅火系統(tǒng)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(nèi)，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(tǒng)。并能在防護(hù)區(qū)空間內(nèi)形CO2氣體滅火系統(tǒng)成各方向均一的氣體濃度，而且至少能保持該滅火濃度達(dá)到規(guī)范規(guī)定的浸漬時(shí)間，實(shí)現(xiàn)撲滅該防護(hù)區(qū)的空間、立體火災(zāi)。系統(tǒng)包括貯存容器、容器閥、選擇閥、液體單向閥、噴嘴和閥驅(qū)動(dòng)裝置組成，結(jié)構(gòu)組成如圖5所示，室內(nèi)布局如圖6所示。

      GB 50016—2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（2018年版）（簡(jiǎn)稱《建規(guī)》）第5.4.13要求機(jī)房不僅要有良好的防火分隔，還要設(shè)置滅火和報(bào)警裝置。據(jù)此要求，其滅火設(shè)施是指設(shè)置自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)，對(duì)于無(wú)法設(shè)置自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的機(jī)房，可設(shè)置其他滅火裝置，如氣體滅火等。對(duì)設(shè)置氣體滅火的機(jī)房（由給排水專業(yè)確定），應(yīng)設(shè)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(yīng)設(shè)在房間下部，排風(fēng)口下綠至地面的距離不大于0.3m。對(duì)采用自然通風(fēng)措施的機(jī)房，其室外防雨百葉應(yīng)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(shè)電動(dòng)風(fēng)閥的要求是一致的。

      柴油發(fā)電機(jī)房采用柴油作為燃料，可參照《建規(guī)》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(dǎo)致的爆炸可能。應(yīng)設(shè)事故通風(fēng)，機(jī)房位于地上時(shí)，事故通風(fēng)量不少于6次；機(jī)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(yīng)根據(jù)所采用柴油密度設(shè)置。事故通風(fēng)可結(jié)合氣體滅火后通風(fēng)設(shè)計(jì)，合用一套系統(tǒng)。事故通風(fēng)的手動(dòng)控制裝置應(yīng)在室內(nèi)外便于操作的地點(diǎn)分別設(shè)置。事故通風(fēng)（含平時(shí)通風(fēng)）系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置導(dǎo)除靜電接地措施（包括法蘭跨接）。事故風(fēng)機(jī)電源采用消防應(yīng)急電源。

      根據(jù)《發(fā)電廠暖規(guī)》第6.16.9條規(guī)定“柴油發(fā)電機(jī)室、油箱間的通風(fēng)機(jī)和電動(dòng)百葉窗的電動(dòng)機(jī)及電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)為防爆型。電動(dòng)機(jī)應(yīng)為直接連接，并應(yīng)采用保安電源作為備用電源。”此條規(guī)定設(shè)計(jì)師應(yīng)特別注意，因?yàn)轱L(fēng)機(jī)采用防爆大家已有共識(shí)，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(jī)房氣體滅火系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

圖6  柴油發(fā)電機(jī)房氣體滅火室內(nèi)布局

 

 

總結(jié)：

      現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)柴油發(fā)電機(jī)房的設(shè)計(jì)要求內(nèi)容較少，缺乏系統(tǒng)、明確的規(guī)定。目前，采用通風(fēng)方式是柴油發(fā)電機(jī)房降溫的首選，設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)結(jié)合各地的氣象資料綜合考慮。對(duì)采用自然通風(fēng)設(shè)計(jì)的，應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的保護(hù)措施，以滿足平時(shí)、工作、事故3種工況。良好的設(shè)計(jì)對(duì)保證發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行及延長(zhǎng)其使用壽命至關(guān)重要。

 

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