柴油发电机房暖通设计要点

摘要：为了使暖通专业更好地满足柴油发电机房的使用要求，从其具体使用特点出发，对柴油发电机房的设计要点进行了探讨。提出在进行柴油发电机房的暖通专业设计时应同时兼顾其出现备用工况、使用工况、事故工况时的发电机房环境要求。另外，由于柴油发电机房出现工况的不同，室内通风量会相差悬殊，因此，柴油发电机房不必进行火灾工况下的排烟设计。

一、柴油发电机房的复杂性与特殊性

      在我国现行标准规范对柴油发电机房的设计要求尚缺乏系统、明确规定的前提下，暖通专业该关心哪些设计要点？施工图设计审查与司法鉴定实践表明，即使对于同一地域的同等规模的柴油发电机房，设计内容常常因设计师对我国标准规范条文解读的不同而变化。为了使暖通专业更好地服务于柴油发电机房的使用要求，本文从其使用特点出发，对暖通专业的设计要点进行有针对性的探讨，以期于同行有所裨益。

      就建筑工程设计中所遇到的情况而言，柴油发电机组常常是作为应急或备用电源配备的，因为根据文献JGJ 16－2008《民用建筑电气设计规范》（以下简称“JGJ 16”）[1]第3.2.9条规定“对于一级负荷中的特别重要负荷，应增设应急电源，……”。而对于一级负荷，供电设计必须满足JGJ 16第3.2.8条（强制性条文）规定，即“一级负荷应由两个电源供电，当一个电源发生故障时，另一个电源不应同时受到损坏。”但即便如此，由于建筑物所在地区大电力网是并网的，所以，无论从市政电网取几路电源进线，也无法得到严格意义上的两个独立电源。因此，电力网的各种故障，均可能引起建筑物全部电源进线同时失去电源，从而造成停电事故。而柴油发电机与市政电网在电气上是完全独立的电源，不与市政电源同时并列运行，所以实际工程中柴油发电机既可以用作一级负荷的第二回路电源（即备用电源），也可以用作一级负荷中特别重要负荷的应急电源。既然是应急使用或备用，所以大多数时间内柴油发电机是不运行的，即处于备用状态。

      所以，在进行柴油发电机房的暖通设计时既要考虑柴油发电机使用工况又要考虑其备用工况下的发电机房环境要求，同时还要考虑发电机房出现事故条件下的技术措施。这就是暖通专业设计上应该注意的复杂性与特殊性。

二、柴油发电机房的室内环境条件

1、室内温度和相对湿度

      关于柴油发电机房的室内温度和相对湿度，JGJ 16做了两条规定。

（1）即第6.1.13条第2款第3项以表格的形式对柴油发电机房的室内温湿度作了建议性的规定，部分数据如表1所示。表1中的温湿度要求兼顾了柴油发电机组的使用工况和备用工况，但是，实际操作中要真正满足表1中的要求，在我国目前的投入规模下，实现起来仍具有一定的难度。例如，对于我国严寒与寒冷地区（如哈尔滨、长春、沈阳、呼和浩特、乌鲁木齐、兰州、银川、拉萨、太原、北京），在冬季室外设计条件下要同时保证发电机房室内温度15℃，相对湿度30%是困难的，正因为如此，JGJ 16在作此项规定时采用了“宜”的程度措辞。

表1    发电机房温湿度要求

（2）即第6.1.13条第2款第4项规定安装自启动机组的发电机房，应满足自启动温度的要求。一旦建筑内发生火警，消防水泵应在火警后30 s内启动，所以，处于备用状态下柴油发电机组应能快速自动启动。各厂家提供的产品样本资料均显示，10 s内启动的较低温度要求为10℃。所以，对于安装自启动机组的发电机房，冬季室内较低温度应保证10℃或以上。

2、通风要求

      柴油发电机房通风的目的有二，其一是为柴油的燃烧提供充足的氧气；其二是需要排除柴油发电机工作时散发至室内的热量。对于常见的风冷柴油发电机组而言，随机组配备的风机，其风量足以同时满足柴油机燃烧和散热之用，所以，在柴油发电机投入使用的情况下，仅使用机组自带风机便可以满足要求。关键是进排风口的开口面积应满足柴油发电机组样本中的规定。

      通过对五种主要品牌（A-康明斯、B-帕金斯，C-沃尔沃、D-卡特彼勒和E-科勒）柴油发电机组（转速1 50 0 rpm）样本数据的分析，发现无论是机组的燃烧空气量还是冷却排风量均变化较大，如图1和图2所示。

      由图1可见，当额定发电功率在22 kW～216 kW之间时，单位功率的燃烧风量为（3～6.5）m3/（kW·h）。

图1  燃烧风量与柴油发电机组功率关系

      而图2则显示，在此范围内的额定发电功率之间，单位功率的冷却风量在（54～372）m3/（kW·h）之间变化。由于风量随机组额定发电功率、品牌的不同而变化，所以，设计时务必要事先获得详细的产品样本资料，并对有关数据进行预先确认。柴油发电机在运行过程中，其散热量来自以下三部分，即柴油机活塞汽缸、发电机导线绕组与排烟管。

图2  冷却风量与柴油发电机组功率关系

三、柴油发电机房的设计要点

1、备用工况

      严寒与寒冷地区应设供暖设施，使室内温度保持在10℃或15℃以上，同时，还要考虑必要的通风换气，在自然通风不能满足要求的条件下，可以按照（1～2）次/h换气次数计算机械通风量。对于夏热冬冷与夏热冬暖地区，当柴油发电机房设在地下层时，还应对夏季通风时是否会出现结露进行验算。

2、使用工况

（1）严寒与寒冷地区

① 柴油发电机房的进风口宜设电动风阀。为了保证柴油发电机组投入使用时，室内具有足够的通风量，进风口的开口面积一般较大，对于严寒与寒冷地区，如果不设风阀，则备用工况下室内供暖负荷会太大，不利于维持稳定的室温，对柴油发电机组的快速启动也十分不利，所以，宜在进风口上设置电动风阀，而且该电动风阀属于一级负荷，应设双路供电。

② 柴油发电机排风管上宜设旁通电动风阀。对于供暖地区（尤其是严寒地区，例如哈尔滨、长春、沈阳、呼和浩特、乌鲁木齐等）的冬季，当柴油发电机投入使用时，会造成室内温度急剧下降，室内温度会低于0℃，为了改善发电机组的工作坏境，应将发电机组周围的温度控制在10℃以上，当室内温度低于10℃时，则应开启机组排风管上的电动风阀，让一部分热气旁通至室内，与室外低温的新风混合。这样既有利于柴油发电机组使用寿命的提高，又可以提高机组的热效率，从而节能。

（2）夏热冬冷与夏热冬暖地区

      对于风冷柴油发电机组，机组本身所配备的风机风量一般情况下均足以满足其燃烧和排热的需求，但是，对于夏热冬冷地区（例如武汉、杭州、南昌、长沙）和夏热冬暖地区（例如福建、海口、广州）应对夏季工况进行验算，以保证柴油发电机房在柴油发电机运行的情况下，室内温度不超过37℃。为了减少室温超标的可能性，在设计排烟管保温层厚度时，应按保温后排烟管的壁面温度不超过60℃计算。

3、火灾工况

      柴油发电机房的火灾危险等级尚没有定论。文献GB 50 0 41－20 0 8《锅炉房设计规范》（以下简称“GB 50 0 41”）第13.1.1条将以煤、重油、柴油或燃气为燃料的锅炉间规定为丁类生产厂房，若照此规定，则可以将柴油发电机房也归入丁类生产厂房的类别，故此，根据文献GB 50 016－2 014《建筑设计防火规范》（以下简称“GB 50 016”）第8.5.2条和第8.5.4条，对于自启动的柴油发电机房则不必设置排烟设施。

      但是，若从另一个角度来分析，结果又会不一样。由于柴油发电机使用的液体燃料均为闭口闪点在45℃以上（国产柴油的闭口闪点大多为60℃~90℃)的轻柴油（即5号、0号、-10号、-20号、-35号和-50号），机内润滑油的闭口闪点为195℃~210℃，均属于可燃品。根据GB 50016第3.1.1条表3.1.1，柴油发电机房又应该属于丙类生产厂房。根据GB 50016第8.5.2条和第8.5.4条，对于自启动的柴油发电机房又宜设置排烟设施。

      实际上，平时柴油发电机内燃油存量极为有限，工作时的燃料是依靠随机配备的燃油泵连续供应的，即使对于发电功率200 kW的机组其机内储存的润滑机油也不足30 L，况且，这些储油部位平时均是封闭的，所以，综合分析可知，柴油发电机房的火灾危险性不大。而且，按照GB 50016的规定，柴油发电机房还设有消防系统。此外，因为排烟系统是为保护人员撤离火灾现场而设立的，既然柴油发电机房室内一般无人，即使有人，也是工作人员，而工作人员对环境熟悉，在规定的时间内逃离着火现场没有疑义，所以，本文认为在暖通设计时无须考虑柴油发电机房火灾工况下的排烟，以便节省投资。

4、事故工况

      按照GB 50736－2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》（以下简称“GB 50736”）[4]关于“事故通风不包括火灾通风”的约定，柴油发电机房的事故来源主要有两个方面，其一，轻柴油逸散可能导致的爆炸危险；其二，铅酸蓄电池电解液外溢可能导致的爆炸危险。

      轻柴油暴露在大气中会出现逸散，当空气中的柴油油气体积浓度达到一定比例时，遇明火会爆炸。但对于柴油发电机房，日用油箱属于另室设置，彼此采用防火墙或防火门隔断，平时机内燃油存量极为有限，且是封闭系统；况且轻柴油的闭口闪点温度高，而室内用电设备又均为防爆型；再加上备用时柴油发电机房能保持（1～2）次/h的换气通风；所以，柴油发电机房不存在因轻柴油逸散可能导致的爆炸危险。

      铅酸蓄电池作为自启动柴油发电机组的启动电源应用很广，铅酸蓄电池在备用充电过程中，由于电路问题，可能会导致其发热变形，电解液外溢，同时产生大量的氢气和氧气，遇明火或电气火花爆炸。根据GB 50736第6.3.9条第1款，对可能突然放散大量有害气体或有爆炸危险气体的场所应设置事故通风。

      综上，柴油发电机房应考虑事故通风设计。

总结：

      鉴于柴油发电机在提升建筑安全性能方面的作用越来越重要，所以，在进行暖通专业设计时应同时统筹兼顾出现备用、使用、事故工况下的发电机房环境要求，不可偏废。同时也应该看到因柴油发电机房在保有过程中出现的工况不同，室内通风量将相差悬殊，因此需要从安全、实用、经济的角度精心设计，而且柴油发电机房不必进行火灾工况下的排烟设计。