摘要：突發(fā)性地停電將會嚴(yán)重阻礙經(jīng)濟(jì)運(yùn)作和通信設(shè)施等相關(guān)領(lǐng)域的正常運(yùn)作，這就需要一臺柴油發(fā)電機(jī)組的來證供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。首先我們應(yīng)知道選擇一臺高效可靠的發(fā)電機(jī)組=優(yōu)質(zhì)發(fā)動機(jī)+優(yōu)質(zhì)發(fā)電機(jī)+優(yōu)質(zhì)配套工藝；而要使柴油發(fā)電機(jī)組達(dá)到最大的功率，其一是保證柴油機(jī)和發(fā)電機(jī)之間具備科學(xué)的連接結(jié)構(gòu)，其二是要求認(rèn)真遵守柴油發(fā)電機(jī)組的安裝規(guī)范，保證高精度的零件質(zhì)量和高水平的安裝質(zhì)量。

 

一、排煙系統(tǒng)的設(shè)計與安裝要求

 

      文中對地下室柴油發(fā)電機(jī)房的通風(fēng)系統(tǒng)作了歸納與總結(jié)，同時對各種通風(fēng)系統(tǒng)通風(fēng)量的計算與氣流組織進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。全面通風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)量一般按照換氣次數(shù)法進(jìn)行計算。發(fā)電機(jī)組的進(jìn)排風(fēng)系統(tǒng)是發(fā)電機(jī)房的通風(fēng)設(shè)計中最主要的部分，文中對柴油發(fā)電機(jī)組的散熱量、排風(fēng)量、進(jìn)風(fēng)量的計算給出了詳細(xì)的計算公式，同時對公式里部分參數(shù)的取值也給出了規(guī)定。文中對機(jī)房通風(fēng)系統(tǒng)的氣流組織作了重點(diǎn)說明，輔以圖示的方式，對水冷及風(fēng)冷發(fā)電機(jī)組的通風(fēng)形式、機(jī)房進(jìn)風(fēng)豎井、排風(fēng)豎井及排煙豎井的設(shè)置位置進(jìn)行了詳細(xì)描述。對部分典型的柴油發(fā)電機(jī)房進(jìn)排風(fēng)口的面積也以列表的方式給出了估算參考。文中指出，在儲油間的排風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)特別注意，在排風(fēng)管穿越儲油間的防火墻上，應(yīng)設(shè)置70℃關(guān)閉的防火調(diào)節(jié)閥，同時排風(fēng)口應(yīng)為防火風(fēng)口。柴油發(fā)電機(jī)組燃燒時除了會產(chǎn)生大量熱氣外，還會產(chǎn)生大量燃燒廢氣，發(fā)電機(jī)組的排煙系統(tǒng)也就是將柴油機(jī)氣缸燃燒后產(chǎn)生的廢氣排至室外。在該部分的設(shè)計中，文中主要對發(fā)電機(jī)組排煙管的敷設(shè)要求、排煙管的防噪及保溫作出了說明，同時對排煙管保溫層的厚度以列表的形式進(jìn)行了說明，應(yīng)特別注意，排煙管的保溫厚度與排煙管外徑及排煙管外表面溫度有關(guān)。

1、排煙管安裝要求

（1）應(yīng)盡量縮短煙管長度，減少彎頭個數(shù)，減少消音器阻力及增大煙管直徑。

（2）須通過波紋管與發(fā)電機(jī)組排煙出口相連接以吸收熱膨脹、位移和振動。

（3）消音器置于機(jī)房內(nèi)時，根據(jù)其尺寸、重量可采用從地面支撐的辦法。

（4）在煙管改變方向的部分，建議安裝膨脹節(jié)，以抵消發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時管道的熱膨脹。

（5）90°彎頭的內(nèi)彎半徑應(yīng)為管徑的3倍，盡可能靠近發(fā)電機(jī)組。

（6）當(dāng)管路較長時，建議在末端安裝一后級消音器。

（7）住宅用柴油發(fā)電機(jī)組排煙終端出口不能直對易燃物質(zhì)或建筑物。

（8）發(fā)電機(jī)組排煙出口不得承受重壓，鋼性管路應(yīng)借助建筑物或鋼結(jié)構(gòu)得以支撐固定。

（9）為防冷凝物倒流入發(fā)電機(jī)組，平置的排煙管應(yīng)有坡度，低端遠(yuǎn)離發(fā)動機(jī)；在消音器及其它冷凝水滴流的管路部分，如煙管垂直轉(zhuǎn)向處，應(yīng)設(shè)置排水口。

（10）當(dāng)煙管穿過易燃屋頂、墻壁或分隔物時，應(yīng)加以隔熱套筒及壁外套板。

（11）在條件允許下的情況下，盡可能將絕大部分煙管布置在機(jī)房外以減少輻射熱；室內(nèi)的煙管應(yīng)加裝隔熱護(hù)套。如果受安裝條件限制，須將消音器及其余的管路皆置于室內(nèi)時，應(yīng)用50毫米厚的高密度隔熱材料外加鋁質(zhì)護(hù)套將整個管路包扎隔熱。

（12）管路支撐固定時應(yīng)允許熱膨脹的發(fā)生；

（13）煙管的終端應(yīng)能減少雨水的滴落?？蓪煿芩矫嫔斐?，出口修料或安裝防雨帽。

2、排煙系統(tǒng)的背壓計算

      排煙系統(tǒng)背壓可根據(jù)P=575LsQ／D來計算。式中：L為直管及彎頭長度(米)；Q為排煙流量(立方米／每分鐘)；D為煙管內(nèi)徑(厘米)；S為隨排煙絕對溫度的變化關(guān)系；P為背壓(千帕)，必須低于規(guī)定的許可背壓值。

表1    排煙管推薦管徑(單位：mm)

表2    排煙管保溫層厚度選擇表(單位：mm)

  

二、進(jìn)風(fēng)井、排風(fēng)井、排煙井的設(shè)計

1、進(jìn)風(fēng)井、排風(fēng)（煙）井面積

      民用建筑地下室柴油發(fā)電機(jī)房的通風(fēng)主要包含柴發(fā)發(fā)電機(jī)組的散熱通風(fēng)、機(jī)房環(huán)境通風(fēng)以及燃燒所需空氣通風(fēng)，排煙主要指發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時的煙氣排放。機(jī)房通風(fēng)一般通過設(shè)置進(jìn)、排風(fēng)井解決，排煙需要通過專用煙井盡量高空排放。在實際工程設(shè)計過程中，需要土建專業(yè)預(yù)留進(jìn)、排風(fēng)（煙）井道，首先就需要確定各風(fēng)井的面積。

2、進(jìn)風(fēng)井、排風(fēng)井面積的確定

      對于風(fēng)冷冷卻的發(fā)電機(jī)組，確定進(jìn)、排風(fēng)井的面積，首先要確定進(jìn)、排風(fēng)量，其中排風(fēng)量G_排即為維持機(jī)房溫度所需的風(fēng)量，而進(jìn)風(fēng)量G_進(jìn)等于排風(fēng)量G_排和燃燒所需空氣量G_燃燒之和。按照全面通風(fēng)的公式，計算維持機(jī)房室內(nèi)溫度所需的風(fēng)量：

 

G_排=                     Q                    ...............式（1）

  0.377×（t_p-t_j）

 

式中∶G_排——排風(fēng)量，m³/h；

Q——機(jī)房內(nèi)發(fā)熱量（對于開式發(fā)電機(jī)組，Q為柴油機(jī)、發(fā)電機(jī)和排煙管的散熱量之和;對于閉式發(fā)電機(jī)組，Q為柴油機(jī)汽缸冷卻水管和排煙管的散熱量之和），kW；

t_p ——— 排風(fēng)溫度，℃；

t_j——進(jìn)風(fēng)溫度，℃。

      根據(jù)式（1），t_j 可以根據(jù)項目所在地的夏季室外通風(fēng)溫度確定，t_P 實際上包含了柴油發(fā)電機(jī)組散熱排風(fēng)溫度和機(jī)房環(huán)境排風(fēng)溫度兩個值，而Q也包含了柴油發(fā)電機(jī)組排風(fēng)帶走的熱量和散發(fā)到機(jī)房室內(nèi)需要排風(fēng)機(jī)帶走的熱量兩個值，實際上要想準(zhǔn)確確定上述各個參數(shù)是很難的。在工程設(shè)計中建議采用實操性較強(qiáng)的方式確定風(fēng)量：將排風(fēng)量G_排拆分為柴油發(fā)電機(jī)組本身的散熱通風(fēng)量G_{柴發(fā)排}，此部分根據(jù)廠家樣本取值，而機(jī)房排風(fēng)量G_{機(jī)房排}可以參考GB 50041 - 2020《鍋爐房設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》的要求，地下室柴油發(fā)電機(jī)房的通風(fēng)換氣量按照不小于12次 /h設(shè)計，將這兩部分的和值確定為排風(fēng)量G_排；而進(jìn)風(fēng)量則通過式（2）計算：

G_進(jìn) = G_排 + G_燃燒 ...............式（2）

式中：G_燃燒 —— 燃燒空氣量，m³/ h。

      G_燃燒可以根據(jù)7m³/kW.h的發(fā)電機(jī)組額定功率計算或根據(jù)廠家樣本選取。確定了機(jī)房進(jìn)風(fēng)量G_進(jìn)和排風(fēng)量G_排 ，則可以根據(jù)式（3）確定風(fēng)井面積：

S = G / 3600.V...............式（3）

式中：S————風(fēng)井面積，m²；

G————進(jìn)風(fēng)量或排風(fēng)量，m³/h；

V————風(fēng)井流速，m/s。

      V的取值沒有明確的規(guī)范規(guī)定，只有經(jīng)驗數(shù)據(jù)，一般來說，柴油發(fā)電機(jī)房采用自然進(jìn)風(fēng)方式時，進(jìn)風(fēng)風(fēng)井的風(fēng)速宜取3 ~ 5 m / s，排風(fēng)風(fēng)井的風(fēng)速宜取4 ~ 6 m / s，如果風(fēng)速取值過大，對自然進(jìn)風(fēng)不利，室內(nèi)容易形成過度負(fù)壓，影響發(fā)電機(jī)組運(yùn)行；如果風(fēng)速取值過小，則土建專業(yè)在預(yù)留風(fēng)井時會有很大的難度。同時校核排風(fēng)口的面積不宜小于柴油發(fā)電機(jī)組散熱器面積的1.5倍，進(jìn)風(fēng)口面積不宜小于發(fā)電機(jī)組散熱器面積的1.6倍，室外百葉按照遮擋系數(shù)0.6折算，加大百葉面積。如果受限于土建條件，風(fēng)井風(fēng)速超過上述推薦值，則需要提資暖通專業(yè)，考慮采用機(jī)械進(jìn)風(fēng)方式。

3、排煙井面積的確定

      確定排煙井的面積首先也要確定柴油發(fā)電機(jī)組的排煙量，柴油發(fā)電機(jī)組的排煙量一般由廠家選型樣本提供，再根據(jù)排煙量和煙囪路徑核算煙囪尺寸。選用的煙囪尺寸需要保證：

P_背壓 + P_抽力 ≥ P_阻力

式中∶P_背壓——發(fā)電機(jī)組的排氣背壓，Pa；

P_抽力——豎向煙道的自然抽力，Pa；

P_阻力——煙囪總阻力，Pa。

● 其中，P 背壓 由選型廠家提供，P 抽力由式（4）計算：

 

 

P_抽力=0.0345H{[1/(273+t_b)]-[1/(273+t_f)]}B...............式（4）

 

 

式中H———煙囪的垂直高度，m；

t_b———室外空氣溫度，℃；

t_f———煙囪管道平均溫度，℃；

B————大氣壓力，Pa。

● 其中，t f 由選型廠家提供，而P 阻力 則由式（5）計算：

P_抽力=[λ(H/d)+ζ]（V²_煙氣/2）ρ...............式（5）

式中∶λ——煙壁阻力系數(shù)，取0.03；

H——煙囪沿程管道總長度，m；

d——煙囪內(nèi)徑，m；

ξ——局部阻力系數(shù)（90°彎頭取0.7，緩彎取0.3，三通取1.0，30°變徑取0.5，煙囪出口阻力系統(tǒng)取1.1，煙囪的消聲器局部阻力由廠家提供，當(dāng)無資料時可取2）;

V煙氣—— 煙囪內(nèi)煙氣流速，m/s；

p———煙氣密度，kg/m²。

● 其中，V 煙氣 、ρ分別由式（6）、式（7）計算：

V_煙氣=G_煙氣 /｛3600（πd²/4）｝...............式（6）

ρ = ｛273/（273+t_f）｝×1.34...............式（7）

式中∶G煙氣——煙氣排放量（由選型廠家提供），m³/h。

     假定煙囪內(nèi)徑d，再根據(jù)上述各公式確定是否滿足發(fā)電機(jī)組背壓與抽力之和大于煙囪總阻力，從而確定煙囪內(nèi)徑，同時可以得知當(dāng)煙囪內(nèi)徑越大，彎頭越少，則阻力越小，但煙囪的成本也越高，土建預(yù)留的井道也越大，因此需要合理計算。在初步設(shè)計階段，也可以根據(jù)煙氣流量及煙氣流速V 煙氣 = 30 m / s預(yù)估煙囪內(nèi)徑。

     計算確定煙囪內(nèi)徑d后，考慮煙囪外包巖棉保溫層100 mm厚，煙囪距管井各邊墻面預(yù)留150 mm安裝間隙（剪力墻一邊留350 mm），以此確定煙井尺寸。

 

三、進(jìn)風(fēng)井、排風(fēng)井和排煙井實施方案

 

      根據(jù)康明斯公司多年來的項目設(shè)計經(jīng)驗，柴油發(fā)電機(jī)房的進(jìn)風(fēng)井、排風(fēng)井和排煙井實施方案主要有以下幾種類型，可適用于絕大部分項目，以供柴發(fā)機(jī)房設(shè)計人員參考。

1、地面進(jìn)風(fēng)、排風(fēng)實施方案

      此方案進(jìn)風(fēng)、排風(fēng)、排煙井升出地面，需要考慮管井避免影響地面道路及建筑美觀，可藏于景觀綠化區(qū)，進(jìn)風(fēng)口與排風(fēng)口、排煙口分別朝相反方向，避免氣流短路，實施案例如圖1所示，此案例柴油發(fā)電機(jī)房設(shè)置于地下2層（最底層），因地下2層層高較低，采用地下1層、地下2層兩層通高做柴油發(fā)電機(jī)房，機(jī)房煙氣經(jīng)處理后可滿足排放要求。

圖3 進(jìn)風(fēng)_排風(fēng)_排煙井出地面設(shè)計方案圖

 

2、中庭采光天井進(jìn)風(fēng)、排風(fēng)實施方案

      部分項目地下室設(shè)置有采光天井（無頂蓋），此時可利用采光天井作為柴油發(fā)電機(jī)房的新風(fēng)取風(fēng)點(diǎn)，另在附近首層靠建筑外墻處（盡量選建筑背面）設(shè)置排風(fēng)井，1層側(cè)墻設(shè)置排風(fēng)百葉口，貼鄰電梯井道或垂直樓梯間設(shè)排煙井上屋面，實施案例如圖2所示。此案例柴油發(fā)電機(jī)房設(shè)置于地下2層（最底層），層高不滿足機(jī)房要求，因機(jī)房面積較大，兩層通高方案不適用，故設(shè)計采用降板解決層高不足；另考慮雨天采光天井易形成積水，柴油發(fā)電機(jī)房降板又是建筑最低點(diǎn)，故設(shè)計采取加強(qiáng)防水排水措施，在機(jī)房靠采光天井處設(shè)置截水溝，并設(shè)置專用排水泵，滿足暴雨時的排水要求。

 

圖4 中庭采光天井進(jìn)風(fēng)_排風(fēng)計方案圖

 

3、車道進(jìn)風(fēng)、排風(fēng)實施方案

      有些項目受土建條件限制，很難找到理想的進(jìn)風(fēng)、排風(fēng)井，此時也可考慮利用地下車庫入口車道作為柴油發(fā)電機(jī)房的進(jìn)風(fēng)、排風(fēng)點(diǎn)，此方案機(jī)房一般位于車道下方，需要注意機(jī)房層高是否滿足要求。此案例機(jī)房進(jìn)風(fēng)在車道入口坡道側(cè)墻取風(fēng)，機(jī)房排風(fēng)利用坡道另一側(cè)設(shè)置排風(fēng)井出1層地面?zhèn)葔﹂_百葉，為了滿足機(jī)房凈高要求，機(jī)房設(shè)置位置與進(jìn)風(fēng)井、排風(fēng)井不能貼鄰，故采用設(shè)置進(jìn)、排風(fēng)風(fēng)道作為連通機(jī)房的通道，可以滿足要求，但風(fēng)道不宜過長，否則進(jìn)、排風(fēng)阻力增大。

4、建筑外墻進(jìn)風(fēng)、排風(fēng)實施方案

      當(dāng)利用建筑外墻區(qū)域作為進(jìn)風(fēng)、排風(fēng)點(diǎn)時，很難找到不同側(cè)進(jìn)風(fēng)、排風(fēng)的條件，采用同側(cè)進(jìn)風(fēng)井、排風(fēng)井布置實施案例如圖3所示。此案例機(jī)房設(shè)置于地下2層（共地下3層），因地下室設(shè)置機(jī)械車位，層高較高，機(jī)房凈高大于4.0 m，可滿足要求，進(jìn)風(fēng)井、排風(fēng)井靠建筑外墻同側(cè)設(shè)置，為了避免氣流短路，進(jìn)風(fēng)井、排風(fēng)井間隔開分別設(shè)置于機(jī)房兩端，進(jìn)風(fēng)口設(shè)置于排風(fēng)口上風(fēng)側(cè)，同時進(jìn)風(fēng)井在1層側(cè)墻開百葉取新風(fēng)，排風(fēng)井上到2層側(cè)墻開百葉排風(fēng)（排風(fēng)口高出進(jìn)風(fēng)口 ＞ 6 m），機(jī)房排煙井貼鄰電梯井道邊設(shè)置并上裙房屋面。

 

圖5 建筑外墻引風(fēng)_排風(fēng)計方案圖

 

總結(jié)：

      通過本次對發(fā)電機(jī)組用柴油機(jī)的基本概述和安裝結(jié)構(gòu)重點(diǎn)事項的計算分析，認(rèn)識到安裝電發(fā)電機(jī)組設(shè)計質(zhì)量好壞是影響柴油機(jī)正常工作的關(guān)鍵，我們應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)設(shè)計驗證手段，提高其安全系數(shù)，保證機(jī)車運(yùn)行的高效性和可靠性。

 

 

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