柴油發(fā)電機(jī)房（風(fēng)冷）通風(fēng)設(shè)計(jì)探討

冷靜

（中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，湖北武漢 430071）

0 引言

柴油發(fā)電機(jī)作為一種備用或應(yīng)急電源已被廣泛采用，當(dāng)正常電源故障時(shí)，切換至柴油發(fā)電機(jī)組為消防設(shè)備、控制通信設(shè)備等特別重要的負(fù)荷供電。

環(huán)境溫度對(duì)柴油發(fā)電機(jī)的實(shí)際發(fā)電功率具有直接影響，同時(shí)柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)還需吸入新鮮空氣，因此機(jī)房的通風(fēng)設(shè)計(jì)尤為重要。本文結(jié)合具體工程，探討機(jī)房通風(fēng)量及散熱量的合理計(jì)算方法。

1 工程概況

某工程為黃石市某物流園項(xiàng)目綜合樓內(nèi)的柴油發(fā)電機(jī)房（圖1），位于地下一層，層高4.5m，面積66.80m2，發(fā)電機(jī)額定輸出功率為400kW，設(shè)儲(chǔ)油間。柴油發(fā)電機(jī)組的冷卻方式為風(fēng)冷。工程所在地夏季室外通風(fēng)計(jì)算干球溫度為32.5℃。

圖1 發(fā)電機(jī)房平面圖

依據(jù)產(chǎn)品樣本，該工程使用的發(fā)電機(jī)組運(yùn)行參數(shù)如表1 所示。

表1 機(jī)組運(yùn)行參數(shù)

2 柴油發(fā)電機(jī)房通風(fēng)量計(jì)算方法探討

風(fēng)冷型柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，機(jī)組自帶的連機(jī)式散熱器雖會(huì)帶走部分熱量，但柴油機(jī)、發(fā)電機(jī)以及排煙管路仍會(huì)散發(fā)大量余熱。機(jī)組運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的油氣、一氧化碳及丙烯醛等有害物質(zhì)。同時(shí)通風(fēng)系統(tǒng)需保證柴油機(jī)燃燒所用的新風(fēng)量Lr、儲(chǔ)油間換氣量Lk以及散熱器排風(fēng)所需進(jìn)風(fēng)量Ls，此部分風(fēng)量為功能性通風(fēng)量。

因此，柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)通風(fēng)需綜合考慮功能性通風(fēng)及排除余熱、有害氣體所需風(fēng)量（分別計(jì)為L(zhǎng)y、Lh）。若僅考慮排除機(jī)房?jī)?nèi)余熱、有害氣體而忽視功能性通風(fēng)，則無法保證柴油發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行。

2.1 現(xiàn)有通風(fēng)量計(jì)算方法

依據(jù)《人民防空地下室設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50038—2005）第5.7.2 條[1]，發(fā)電機(jī)房進(jìn)風(fēng)量為排除余熱風(fēng)量，排風(fēng)量為進(jìn)風(fēng)量減去燃燒空氣量。

依據(jù)《發(fā)電廠供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》（DL/T 5035—2016）第6.16.4 條[2]，排風(fēng)量為排除余熱風(fēng)量，進(jìn)風(fēng)量為燃燒空氣量散熱器排風(fēng)量及排風(fēng)機(jī)排風(fēng)量之和。

依據(jù)《全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施 防空地下室》（2009版）中4.5.6 條[3]，進(jìn)風(fēng)量為排除余熱風(fēng)量、散熱器排風(fēng)量中較大值，排風(fēng)量為進(jìn)風(fēng)量減去燃燒空氣量。

部分設(shè)計(jì)中，進(jìn)風(fēng)量取為排除余熱風(fēng)量、散熱器排風(fēng)量及燃燒空氣量三者之和。

以上計(jì)算方式存在以下問題：（1）忽視功能性通風(fēng)量，可能導(dǎo)致散熱器中循環(huán)冷卻水無法得到充分冷卻、柴油機(jī)燃燒所需的空氣量欠缺以及油氣聚集，進(jìn)而影響機(jī)組正常運(yùn)行；（2）混淆功能性通風(fēng)量與排除余熱、有害物質(zhì)通風(fēng)量間的關(guān)系，導(dǎo)致計(jì)算的進(jìn)風(fēng)量不盡合理甚至明顯偏大；（3）排風(fēng)量計(jì)算未進(jìn)行具體分析，在機(jī)房機(jī)械進(jìn)風(fēng)的情況下無法保證負(fù)壓。

2.2 推薦通風(fēng)量計(jì)算方法

2.2.1 機(jī)房進(jìn)風(fēng)量

發(fā)電機(jī)房的進(jìn)風(fēng)量需考慮排除機(jī)房余熱所需風(fēng)量、排除有害氣體所需風(fēng)量及機(jī)組功能性進(jìn)風(fēng)量。當(dāng)房間內(nèi)同時(shí)放散余熱和有害物質(zhì)時(shí)，換氣量按兩者的最大值取值。值得注意的是，風(fēng)冷型機(jī)組運(yùn)行時(shí)，功能性進(jìn)風(fēng)與機(jī)房?jī)?nèi)空氣混合，已參與吸收余熱，對(duì)機(jī)房?jī)?nèi)空氣進(jìn)行降溫并稀釋有害氣體，又通過連機(jī)式散熱器帶走機(jī)組循環(huán)冷卻水的熱量，排風(fēng)由風(fēng)管引至室外。因此，機(jī)房進(jìn)風(fēng)量Lj的計(jì)算公式應(yīng)為：

式中，Lp為機(jī)房排風(fēng)量。應(yīng)針對(duì)機(jī)房的不同進(jìn)風(fēng)方式對(duì)排風(fēng)量進(jìn)行具體分析。

2.2.3 發(fā)電機(jī)組散熱量

柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，噴入柴油機(jī)燃燒室的柴油燃燒后產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能和熱能，機(jī)械能通過曲軸輸出驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，熱能散失途徑為：（1）由氣缸傳遞給冷卻水；（2）由柴油機(jī)體熱表面通過輻射散熱傳至室內(nèi)；（3）隨尾氣排出。其中，氣缸傳遞給冷卻水的熱量通過機(jī)組自帶的連機(jī)式散熱器排至室外；尾氣中的熱量大部分由排煙管排至室外，剩余部分經(jīng)由排煙管道散發(fā)至室內(nèi)。發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)也會(huì)因能量損耗而發(fā)熱。

通過上述分析，本文認(rèn)為機(jī)房總余熱量Qyu應(yīng)按《全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施 防空地下室》（2009 版）中4.5.6 條第4 款[3]進(jìn)行計(jì)算，即：

式中，Q1為柴油機(jī)散熱量，kW；Q2為發(fā)電機(jī)散熱量，kW；Qy為排煙管道散熱量，kW。

依據(jù)《全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施 暖通空調(diào)·動(dòng)力》（2009 年版）中4.4.1 條[4]，發(fā)電機(jī)組散熱量數(shù)據(jù)由生產(chǎn)廠家提供，當(dāng)缺乏資料時(shí)，可進(jìn)行估算。

依據(jù)《全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施 防空地下室》（2009版）中4.5.6 條第1 至3 款[3]，Q1、Q2、Q3可按相關(guān)公式進(jìn)行計(jì)算。

本文認(rèn)為采取公式計(jì)算散熱量較為合理。由于Qy較小，在缺乏相應(yīng)數(shù)據(jù)的情況下可按（Q1+Q2）的1/10[5]估算。

3 柴油發(fā)電機(jī)房通風(fēng)量計(jì)算

依據(jù)上述分析，按《全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施 防空 地 下 室》（2009 版）中4.5.6 條 第1 至2 款[3]計(jì) 算，取η2=93%，計(jì)算得Q1=47.1kW，Q2=30.1kW，Qy取估算值為7.72kW。

該工程為隔室操作，室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度為37℃[6]，依據(jù)熱平衡公式，計(jì)算得到Ly為56053m3/h。按Lh=qP′計(jì)算排有害物質(zhì)所需通風(fēng)量，取q=20m3/(kW·h)，計(jì)算得Lh為8000m3/h。

考慮到該工程儲(chǔ)油間位于地下一層，依據(jù)《鍋爐房設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50041—2020）中15.3.7 條[7]，儲(chǔ)油間換氣次數(shù)取12 次/h，計(jì)算得Lk為135 m3/h。產(chǎn)品樣本中，散熱器排風(fēng)Ls為37440m3/h，柴油機(jī)燃燒所需空氣量Lr為2340m3/h。

依據(jù)式（1）計(jì)算得機(jī)房進(jìn)風(fēng)量Lj為56053m3/h。該工程進(jìn)風(fēng)方式為豎井自然進(jìn)風(fēng)，依據(jù)式（4）計(jì)算得Ljp=Lp=53713m3/h，上部設(shè)置排風(fēng)機(jī)風(fēng)量為16273m3/h。

圖2 發(fā)電機(jī)房通風(fēng)平面圖

4 結(jié)語

柴油發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)會(huì)放散大量的余熱，為保證機(jī)組的高效運(yùn)行，需合理設(shè)置通風(fēng)系統(tǒng)。

（1）柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)通風(fēng)需綜合考慮功能性通風(fēng)及排除余熱、有害氣體所需風(fēng)量，同時(shí)應(yīng)注意功能性通風(fēng)量可以起到排除發(fā)電機(jī)房余熱及有害氣體的效用，排風(fēng)量計(jì)算也需針對(duì)實(shí)際情況具體分析。現(xiàn)有計(jì)算方法缺乏對(duì)上述因素的全面考量，筆者認(rèn)為柴油發(fā)電機(jī)房（風(fēng)冷）通風(fēng)量計(jì)算可參考本文方法。

（2）本文案例實(shí)際計(jì)算的柴油機(jī)及發(fā)電機(jī)散熱量遠(yuǎn)大于產(chǎn)品樣本中的數(shù)據(jù)，而按《全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施 暖通空調(diào)·動(dòng)力》（2009 年版）中4.4.1 條[4]計(jì)算的估算值則明顯偏大，因此，設(shè)計(jì)時(shí)需結(jié)合工程實(shí)際計(jì)算機(jī)組的散熱量。

（3）依據(jù)防火要求，儲(chǔ)油間與發(fā)電機(jī)房需采用防火隔墻進(jìn)行分隔，因此儲(chǔ)油間排風(fēng)管道在穿越防火墻處需設(shè)置防火閥，本文案例儲(chǔ)油間的排風(fēng)管、進(jìn)風(fēng)短管在防火隔墻處均設(shè)置70℃防火閥。同時(shí)需注意按照《發(fā)電廠供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》第6.16.8 條[2]，儲(chǔ)油間單獨(dú)設(shè)置時(shí)其機(jī)械排風(fēng)系統(tǒng)也應(yīng)獨(dú)立設(shè)置。位于地下的柴發(fā)機(jī)房，儲(chǔ)油間進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)可與機(jī)房共用，其排風(fēng)風(fēng)機(jī)需單獨(dú)設(shè)置。對(duì)于地上柴發(fā)機(jī)房，儲(chǔ)油間可通過外墻上設(shè)置的百葉自然進(jìn)風(fēng)。