深圳市建筑設計研究總院有限公司       蔣能飛

摘   要：分析了柴油電站送排風系統的阻力，對排除柴油機機頭散熱器熱量兩種方法用一個實例進行了對比，說明柴油機機頭散熱器熱量通過排風管排至室外的方法更加合理。

關鍵詞：柴油電站；散熱量；通風量計算

       0   引言

       柴油發電機組作為一種備用電源在民用建筑中被廣泛采用，其作用是當市政電網出現故障或緊急用電時，保證應急用電設備的正常運行。柴油機在運行中由于柴油的燃燒產生大量熱量，其熱量主要為柴油機的散熱量Q₁、發電機的散熱量Q₂、柴油發電機排煙管的散熱量Q₃及柴油機機頭散熱器的散熱量Q₄，為保證柴油機受熱機件及增壓器外殼等部分不受高溫的影響，并保證人員在機房內有一定的體力活動，就要在受熱部分進行冷卻，常見柴油發電機及其機房的冷卻方式有水冷和風冷兩種，而目前民用建筑中最常用的中小型柴油發電機以風冷居多，但是設計師在考慮風冷冷卻方式時，由于其考慮不周，常導致室內溫度過高，而影響機組及人員的正常工作，因此有必要對其風冷冷卻方式的做法進行分析討論。

       1   阻力分析

       柴油發電機房內的余熱量包括柴油機、發電機、排煙管道及柴油機機頭散熱器的散熱量，其計算公式詳見文獻[1]第4.5節“柴油電站通風設計”。對于民用建筑采用風冷系統，根據《柴油發電機組設計與安裝》（15D202-2）規定^[2]，“若空氣的進、出風口的面積不能滿足要求時，應采用機械通風并進行風量計算。當采用自然通風降溫時，機房的進、排風系統總阻力不宜大于125Pa；當通風管道總阻力超過125Pa時，應設置機械送排風系統，風機全壓應根據風道阻力計算確定。”對于人防電站，柴油發電機房的排風一般經過集氣室–懸板防爆波活門–風井–防雨百葉，而所對應的懸板防爆波活門的懸板受一定重力的限制，需保持一定的張開角和通風通道面積，此時通風阻力約為50~100Pa，而防雨百葉風口有效系數為0.5時，排風百葉的局部阻力系數為ζ=8，取排風百葉風速為4m/s，則防雨百葉的阻力損失約為77Pa，再考慮其風井及集氣室的阻力，則總阻力超過125Pa，需設置機械通風系統，而不宜通過自然通風來排除柴油機的熱量。

       2   通風量計算

       柴油發電機房采用風冷系統，同時柴油機冷卻也采用風冷系統，這時機房的排風不僅要考慮排出機房內的余熱，而且還應考慮排除柴油機機頭散熱器排到機房內的熱量。對于采用機械排風，柴油機機頭散熱器熱量處理方式一般有兩種：（1）通過排風管排至室外；（2）直接排至柴油發電機房，具體做法詳見圖1、圖2。

圖1   排風管排至室外

圖2   直接排至柴油發電機房

（注：1-懸板活門；2-排風機；3-止回閥；4-進風機；5-送風口；6-排風口；7-防火風口；8-防火閥(70°C)；5-6-超壓排氣活門；5-9-4-電動、手動密閉閥門；11-柴油發電機。）
 

       2.1   通風量的計算公式

       當采用機械排風系統時，排除機房內余熱的通風量L可按下式計算：

       式中，L為排除機房內余熱所需通風量（m³/h）；Q為室內柴油發電機機房余熱（kW）；t_n為機房排風溫度（℃），根據《民用建筑電氣設計規范》（JGJ 16–2008）第6.1.13條規定，對于柴油發電機房（隔室操作、自動化）夏季溫度為32~37℃，t_n取37℃；t_w為夏季通風室外計算溫度（℃）。

       2.2   舉例說明

       某防空地下室柴油發電機房設機組2臺，運行1臺，備用1臺，柴油機功率為220kW（300h·P），發電機功率為200kW；排煙管直徑為150mm、長度為30m，采用礦渣棉制品保溫，保溫層厚度為60mm，q_e=0.196kW/m；大氣壓力為98.7kPa；煙管溫度t_y取400℃；機房設計溫度為37℃；工程水源困難，冷卻方式擬采用風冷，進風溫度t₁=30℃。通過計算得到：Q₁=27.41kW，Q₂=19.78kW，Q₃=5.88kW，Q4=176.55kW。從計算結果可以發現，Q₄>Q₁+Q₂+Q₃；顯然，如果把Q₄直接排至機房內，將導致機房內余熱大量的增加。為了更加直觀的對比兩種方法，現采用兩種方法分別計算其通風量，并將其計算結果匯成表格，具體詳見表1。

表1   兩種方法比較

       由于方法：（1）通過排風管排至室外，其柴油機機頭散熱器熱量不直接散發到機房內，余熱量為Q₁+Q₂+Q₃，送風量可以根據公式（1）可以求得，而排除柴油機機頭散熱器熱量的最小風量可以通過樣本查的為19980m³/h，取最大值22497m³/h作為送風風量，室外空氣首先冷卻機房余熱后，再經過柴油發電機冷卻其柴油機機頭，因此排風溫度較高（67℃）；而方法（2）的機房余熱量為Q₁~Q₄之和，室外空氣冷卻機房余熱后直接排出，其排風溫度較低（37℃），但是其送排風總量是方法（1）的4.3倍，如果懸板防爆波活門采用HK800（5），戰時最大通風量為14500m³/h，則方法（2）送排風所需懸板活門數量為14扇，比方法（1）多10扇，受實際建筑工程條件的限制，方法（2）在工程實際設計中難以實現。

       3   總結

       3.1   對于人防電站，由于其通風系統的阻力較大，難以滿足自然通風的要求，建議采用通風系統；

       3.2   采用柴油機機頭散熱器熱量通過排風管排至室外的方法：

     （1）其送排風風機風量較小，易于實現，這時機房的進風量按以下兩種情況確定：應取Max(機頭散熱器排風量（查樣本得到），排除室內余熱的進風量)，

     （2）當機頭散熱器排風量大于排除室內余熱的進風量時，取機頭散熱器排風量作為排風風機的風量，此時可以不在柴油發電機房內設置單獨的排風口，其排風全部通過機頭排出，而此時進風量量為排風量加上燃燒空氣量；

     （3）當機頭散熱器排風量小于排除室內余熱的進風量時，取排除室內余熱的進風量作為機房進風量，排風風機風量為進風量減去燃燒空氣量，此時柴油發電機房內需設置排風口，其風量為排風風機風量減去機頭散熱器排風量。

參考文獻

       [1] 住房和城鄉建設部工程質量安全監管司.全國民用建筑工程設計技術措施 防空地下室(2009年版)[M].北京：中國計劃出版社，2009.

       [2] 中國建筑標準設計研究院.15D202-2柴油發電機組設計與安裝[M].北京：中國計劃出版社，2015.

備注：本文收錄于《建筑環境與能源》2017年5月刊總第5期。
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