某医院柴油发电机房通风量探讨

杨凯 庞明

0 引言

《民用建筑电气设计标准》（GB51348）规定：一级负荷应由双重电源供电，当一个电源发生故障时，另一个电源不应同时受到损坏。当市政电网提供的电源不能满足双重电源的要求时，应设置自备电源或应急电源。一级负荷中特别重要负荷，除双重电源外，还必须增设应急电源；柴油发电机是民用建筑中最常用的自备电源。

柴油发电设备正常运行应有合适的温度环境，否则将影响机组的发电效率，甚至无法运行。《民用建筑电气设计标准》中规定：发电机房（就地操作）内温度≤35℃，机房隔室操作或自动控制时温度≤40℃，配电室及控制室温度≤30℃。机房宜利用自然通风排除余热，当不能满足时，应设置机械通风装置或者设置空调系统。

1 工程概况

本工程为淄博某骨伤医院门诊、病房楼建设项目，本工程总建筑面积：11 345m；地下1 层；地上10 层，建筑高度45.60m。一类高层公共建筑；地下一层设置变配电室、柴油发电机房、弱电进线间，由柴油发电机房引入线路作为第三供电电源。柴油机功率250kW，发电机功率220kw，柴油机机头（空气-水散热器）排风量11 500m/h（样本数据），排烟管道10m，采用玻璃纤维保温[导热系数0.068W/（m.℃）]，保温层厚度85mm，排烟管道直径200mm。排烟温度400℃，淄博夏季通风室外计算温度30.9℃。

2 柴油发电设备房内热量分析

柴油发电设备房内的余热量主要包括柴油机发热量Q、发电机组的散热量Q和烟气排出管道的热量Q。

2.1 柴油机组的散热量

柴油机燃料的总发热量分为4 部分：（1）转化为有效功的热当量，约占总热量的30%～55% ；（2）废气热损失，约占总热量的23%～40%；（3）冷却热损失约占总热量的20%～33%；（4）余项损失约占总热量的5%～10%。

2.1.1 柴油机的外表面散热量

式中：Q—柴油机的外表面散热量（KW）;

η—柴油机工作中向环境散发热量的散热系数（%），见表1；

表1 柴油机工作室的散热量系数η1 值

q—燃料热值，一般按q=41870kJ/kg；

Ne—机组的额定功率（KW）；

B—机组的耗油率[kg/（kW.h）]，一般在0.2～0.24，可取0.23。

将q=41870，B=0.23，考虑不同的散热系数，代入式（1）得：

2.1.2 柴油机的冷却散热量Q

柴油机的散热量由机头的风冷散热器散发到周围环境中。柴油机机头散热量的散热量可用下式计算：

Ne—柴油机组的额定功率（KW）；

q—燃料热值，按q=41870kJ/kg；

B—机组的耗油率[kg/（kW.h）]，一般在0.2～0.24，可按0.23；

ε-风冷散热器的散热量占燃料发热总量的比例，一般柴油机满负荷工作时为25%～30%，取30%。

将ε=0.3，q=41870，B=0.23 代入式（3）得：

2.2 发电机的散热量Q2

式中：Q—发电机组工作时的散热量（kw）；

P—发电机组的额定输出功率（kW）；

η—发电效率（%），一般为80%～94%。

结合《防空地下室设计手册》表6-6 中数据P=（0.65-0.9）N，为便于计算取P=0.8 N，η=0.90 得：

2.3 柴油发电机烟气排出管的散热量Q3

烟气排出管向环境的散热量，与烟气温度、机房内管道向周围环境的散热量，以及烟气温度、机房内环境温度、管道在机房内的长度、管道的保温材料热工参数、保温层厚度等因素有关。通常可按下式作似计算。

式中：Q—烟气排出管道的散热量（kW）；

q—烟气排出管道单位长度散热量（Kw/m）；

D—烟气排出管道保温层外径（m ）；

d—烟气排出管道外径（m）；

λ—烟气排出管道保温材料导热系数[W/（m.℃）]

t—烟气排出管道内的烟气计算温度（℃），可取t=400～300℃；

t—周围环境温度，t=35℃；

L—烟气排出管道在设备用房内架空敷设的长度（m）；

α-烟气排出管道保温层外表面的放热系数[W/（m.℃）]。对于一般工程，架空敷设时α=11.63W/（m.℃）。

2.4 柴油机废热水热量

柴油机废热水热量，此项数值较小一般可以忽略。

2.5 标准大气压下柴油机功率修正系数β

当柴油发电机房所在地为非标准大气压状况下柴油机散热量Q和发电机散热量Q应考虑修正，修正系数β 见《防空地下室设计手册》附录5 表5-1，淄博地区β 可取0.93

3 机房通风量的计算

3.1 柴油发电设备房通风主要目的

（1）提供设备燃烧所需要的空气量L；此风量L一般需由设备厂家提供，当缺少相关的资料时，可按柴油机组的额定功率，取7m/（kw.h）。

（2）稀释发电设备用房内有害气体浓度；此风量L可按柴油机额定功率取20m／（kW·h）取值。

（3）排除发电设备用房内余热，使机房内的温度满足使用要求。此项所需风量L按下式计算：

式中：L—消除余热所需要的通风量（m/h）；

Q—机房余热（kW）；

t—发电设备用房内的排风温度（℃）；

t—工程所在地夏季通风室外计算温度（℃）；

C—空气比热容，1.01kJ/（kg.℃）；

ρ—空气密度，1.15（kg/m）。

3.2 柴油发电机房通风量

柴油发电设备用房的通风量由设备用房和柴油机的冷却方式，同时考虑稀释有害气体浓度所需空气量、消除设备用房内余热所需空气量和燃烧所需空气量等诸多的方面来确定。

3.2.1 柴油发电机房和柴油机均为水冷系统

3.2.2 柴油发电机房采用风冷系统，柴油机为水冷系统

3.2.3 柴油机组和发电设备机房均为风冷系统

柴油机冷却采用风冷方式，同时发电设备用房也采用风冷方式。根据柴油机机头散热器的排风排出位置不同，机房内的余热量计算分为两种情况：

如果柴油机机头散热器热量由直接和散热器连接的管道直接排到室外，机房余热量还是按发电机散热量Q、柴油机散热量Q、烟气排出管道散热量Q计算即：

如果柴油机机头散热器热量直接排到设备用房内，设备用房的余热散热量计算时应包扣此部分热量，即：

各符号意义同2.1 节。

3.2.4 结合本工程（储油间排风单设）

当采用不同的冷却方式时机房通风量计算结果如表2。

4 结论

（1）当柴油发电机房采用风冷，柴油机风冷但机头散热由专用通道排出，或者机房风冷，柴油发电机组水冷时，根据公式（2）（6）（10），机房余热量Q=β（Q+Q）+Q=（0.173～0.237）N+Q。将C=1.01，ρ=1.15，代入公式（9）中得：

式中：ΔT—机房的进排风温差（单位：℃）。

《民用建筑电气设计标准》（GB51348）中第6.1.11 条文解释中，机房新风量：

对比以上两式可知，通过式（13）计算得出的冷却风量远小于实际所需风量。在设计中当机房采用风冷冷却时，不应采用此式进行风量计算。当缺乏资料时，初步设计中，机房余热量可按《全国民用建筑工程设计技术措施》（暖通空调·动力）4.1.1.3 条，全封闭式机组取发电机额定功率的0.3～0.35。但值得注意的是，此种工况是柴油机机头的散热量必须是专用风道直接排至室外。