浅析建筑地下层柴油发电机房的通风设计

所属栏目：机械论文发布日期：2011-03-22 09:09 热度：

　　摘要：建筑地下室中放置柴油发电机房在建筑设计中越来越普遍，地下柴油发电机房的通风设计对于柴油发电机的正常运行具有至关重要的作用，在设计中很多设计人员仅依靠机组厂家提供的冷却风量计算，而没有考虑到地下室的特殊性，容易引起机房温度过高，影响发电机组的正常运行。
　　关键词：地下室，柴油发电机，通风，冷却
　　
　　以柴油发电机组作为建筑物应急电源或备用电源，在当前建筑设计中非常普遍。根据柴油发电机组的进风、排风、排烟等情况，如果有条件时机房最好设在建筑物首层。但是由于建筑物首层通常设计为大堂或经营性场所，无法提供柴油发电机组所需的机房位置，因此柴油发电机房一般都设在地下室。由于地下室出入不宜、自然通风条件不良，为机房设计带来一系列不利因素。本文主要对建筑地下层中柴油发电机房的通风设计提出一些粗浅的认识。
　　一、柴油发电机组的冷却系统：
　　柴油机在运行中由于柴油的燃烧以及运动部件的摩擦产生高温，为保证柴油机受热机件及增压器外壳等部分不受高温的影响，并保证各工作面的润滑，就要在受热部分进行冷却。柴油机冷却不良、机件温度过高时，将会引起一些故障。柴油机机件也不能过度冷却，机件温度太低也会造成不良后果。由此可见，冷却系统的功用是从各受热机件传走部分热量，使机件保持正常的工作温度。
　　柴油机通常采用水冷式冷却系统。
　　1、水冷式冷却系统冷却水量的计算：
　　柴油机冷却水量按下式计算：
　　
　　式中：S——一台柴油机的冷却水量（m3/h）；
　　Ne——柴油机的额定功率（kw）；
　　B——柴油机的耗功率[kg／﹙kw•h﹚]；
　　Cs——水的热容量，一般Cs=4.187KJ/﹙kg•℃﹚；
　　t1s——柴油机冷却水进水温度﹙℃﹚，一般取40~60℃；
　　t2s——柴油机冷却水出水温度﹙℃﹚，一般取55~85℃，最高不超过90℃；
　　ε——冷却水带走的热量占燃料燃烧量的比例，一般取30％；
　　q——柴油机燃料热值，一般取q=41.87MJ／kg。
　　其中，冷却水温度差以15~25℃为宜，，设计时取20℃。
　　2、柴油机冷却水系统的循环方式：
　　1）冷却水闭式循环系统
　　采用表面式风冷散热器，冷却水冷却柴油机后，进入柴油机前段的表面式风冷散热器，冷却风扇由柴油机主轴带动，设在散热器和柴油机端头之间。冷却水的热量由风扇吹动的空气带走，冷却后再回到柴油机，不断循环。这种系统也可称之为风冷系统。
　　2）冷却水开式循环系统
　　冷却水冷却柴油机后，排除部分热水，补充部分冷水，再进入柴油机，热量由排出的热水带走。这种系统也可称之为水冷系统。
　　3）冷却水混合循环系统
　　部分采用开式循环，部分采用闭式循环，冷却水冷却柴油机后，排除少部分热水，再进入表面式风冷散热器或立式冷却设备冷却，并补充部分冷水，再进入柴油机。
　　在建筑物中，通常情况下应选择冷却水闭式循环系统的整体式柴油发电机组，因为这种机组占用面积、体积较小，对于水源的要求也较低。
　　
　　二、柴油发电机房的冷却方式
　　柴油发电机房位于地下室时冷却通风一定要处理好，否则会直接影响柴油机发电机组的运行。
　　柴油发电机房的冷却方式一般有如下几种：
　　1、水冷式柴油发电机房：
　　利用水作为冷媒，通过表面式或淋水式冷却器降低柴油发电机房内的温度。
　　这种方法的优点是：柴油发电机房内的进风量小，通风系统小，设备占用少；缺点是：用水量较大。
　　2、风冷式柴油发电机房：
　　以工程外部空气作为冷源，对柴油发电机房进行冷却。
　　这种方法不受冷却水源和水温的限制，只需少量补给水；机房内部通风系统简单，运行操作及维修方便；缺点是由于进、排风量大，设备和土建的工程量也相应提高；受外部环境温度影响也较大。
　　3、风冷与蒸发冷却结合的柴油发电机房：
　　介于水冷和风冷之间的通风冷却方式。蒸发式冷却在风冷的基础上，以少量的冷却水自身的蒸发，使空气降温（等焓加湿），优点是：耗水量比水冷机房小；进、排风量比风冷机房小；较为经济，使用灵活。缺点是：机房内湿度较大，如果温度控制有偏差时，湿度太大对发电机组的正常运行也有影响。
　　这三种常用的柴油发电机房冷却方式各有优缺点，在设计时应进行经济比较，谨慎地确定采用何种冷却方式。
　　
　　三、柴油发电机房的冷却通风计算
　　机房内柴油发电机组的排风一般应设热风管道有组织地进行，不宜让柴油机散热器把热量散在机房内，再由排风机抽出。机房内要有足够的新风补充。柴油机在运行时，水冷式柴油发电机房的换气量应等于或大于柴油机燃烧所需新风量与排除有害气体低于允许浓度的新风量之和；风冷式柴油发电机房的换气量应等于或大于柴油机燃烧所需新风量与维持机房室温所需新风量之和。
　　1、柴油机燃烧所需新风量由下式计算
　　
　　式中：Lr——柴油机燃烧所需新风量（m3/h）；
　　n——柴油机转数（rpm）；
　　i——柴油机汽缸数；
　　t——柴油机冲程系数（四冲程柴油机的t值取为0.5）；
　　k——柴油机结构特点的空气流量系数：
　　四冲程非增压柴油机k=ηv；
　　四冲程增压柴油机k=﹙1.1~1.2)ηv；
　　ηv——气缸吸气效率；
　　四冲程非增压柴油机，ηv=0.75~0.90(一般取0.85)；
　　四冲程增压柴油机，ηv≈1.0；
　　Vn——柴油机每只气缸的工作容积（m3）
　　维持柴油机燃烧所需新风量可向机组厂家索取，若无资料时，也可按下式计算
　　
　　式中：Lr——柴油机燃烧所需新风量（m3/h）；
　　Ne——柴油机的额定功率（kw）；
　　
　　2、水冷式柴油发电机房排除有害气体低于允许浓度的新风量由下式计算
　　
　　式中：Lj——水冷式柴油发电机房排除有害气体的新风量（m3/h）；
　　Ne——柴油机的额定功率（kw）；
　　q——排除有害气体的进风标准[m3／﹙kw•h﹚]；一般取q≥20m3／﹙kw•h﹚；
　　
　　3、风冷式柴油发电机房维持室温所需新风量由下式计算：
　　
　　式中：Lj——风冷式柴油发电机房维持室温所需新风量（m3/h）；
　　∑Qyu——机房内余热量（kw）；
　　tn——机房排风或罩内排气温度﹙℃﹚；
　　tw——夏季通风室外计算温度﹙℃﹚；
　　c——空气比热，1.01kJ／﹙kg•℃﹚
　　ρ——空气密度﹙kg/m3﹚
　　4、柴油发电机房排风量由下式计算：
　　
　　式中：Lp——柴油发电机房排风量（m3/h）；
　　Lj——柴油发电机房进风量（m3/h）；
　　Lr——柴油机燃烧所需新风量（m3/h）
　　柴油发电机房是产生有害气体的房间，清洁式通风时要求负压排风，所以柴油发电机房的实际排风量应考虑附加系数，一般附加系数取10％~20％。
　　5、柴油发电机房余热量的计算：
　　柴油发电机房内的余热量应包括柴油机的散热量Q1、发电机的散热量Q2和排烟管的散热量Qy
　　
　　其中柴油机的散热量Q1和发电机的散热量Q2可向机组厂家索取，一般机组选用样本中会提供相应的数据；
　　排烟管的散热量Qy由下式计算：
　　
　　
　　式中：Qy——柴油发电机排烟管的散热量（kw）；
　　L——柴油发电机排烟管在机房内架空敷设的长度（m）；
　　qe——柴油发电机排烟管单位长度散热量（kw/m）；
　　ty——柴油发电机排烟管内的烟气计算温度（℃），一般取ty=300~400℃；
　　tn—柴油发电机排烟管周围空气温度，即机房温度（℃），一般取tn=35℃；
　　λ——柴油发电机排烟管保温材料导热系数[W／﹙m•℃﹚]；
　　D——柴油发电机排烟管保温层外径（m）；
　　d——柴油发电机排烟管外径，即保温层厚度（m）；
　　α——柴油发电机排烟管保温层外表面向周围空气的放热系数[W／﹙m2•℃﹚]，对架空敷设于机房内的排烟管，可取α=11.63W／﹙m2•℃﹚。
　　6、柴油机排烟系统的设计：
　　柴油机排烟系统的作用是将气缸里的废气排放到室外。排烟系统应尽量减少背压，因为废气阻力的增加将会导致柴油机出力的下降及温升的增加。
　　排烟管敷设方式常用的有二种：
　　1）水平架空敷设，优点是转弯少、阻力小，缺点是增加室内散热量，使机房温度升高；
　　2）地沟内敷设，优点是室内散热量小，缺点是排烟管转弯多，阻力相对较大。
　　地下室柴油发电机房内常用的是水平架空敷设。排烟管应单独引出，尽量减少弯头。排烟温度在350～550℃，为防止烫伤和减少辐射热，排烟管宜进行保温处理。排烟噪声在机组总噪声中属最强烈的一种，应设消音器以减少噪音。
　　7、地下室柴油发电机房通风设计中的一些问题：
　　1）机房的进、排风系统应独立设置；
　　2）机房和柴油机排烟应独立设置排风和排烟系统；当合用一个排风、排烟竖井时，应采取可靠的防倒灌措施；
　　3）机房的进、排风系统气流组织，宜下送上排或侧送对侧排；送、排风口在平面和高度上应错开布置，避免短路。
　　4）机房的排风机宜选用消防排烟机；
　　5）机房的储油间、水库、工具间等附属房间应通风换气，其排风管可接入电站排风系统，储油间排风管应设置70℃防火阀；
　　6）机房的出风口、进风口的面积应满足下式要求：
　　
　　
　　式中:S——柴油机散热面积（m2）；
　　S1——柴油发电机房出风口面积（m2）；
　　S2——柴油发电机房进风口面积（m2）；
　　7）在寒冷地区应注意进风口、排风口平时对机房温度的影响，以免机房温度过低影响机组的起动。风口与室外的连接处可设风门，平时处于关闭状态，机组运行时能自动开启；
　　8）柴油发电机房的排烟管必须保温，保温层的外表面温度不应超过60℃；
　　
　　四、结束语
　　柴油发电机设在建筑地下层，虽然提高了建筑物的使用效率，但是由于地下室自然通风条件不良也给设计人员提出了更高的要求，因此对地下柴油发电站的设计应遵循规范的要求，通过计算，经济合理的选用机房的冷却通风方式。

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