浅谈高层建筑内柴油发电机房的设计

　　摘要：随着我国高层建筑的兴起，建筑用电的正常和安全已成为现代人工作和生活的重要保证，但在高层建筑中，经常出现有电故障而不能及时提供应急供电，从而造成经济上不必要的损失。所以，高层建筑应该采取备用电源作为后备用电，而高层建筑出现的一、二级负荷的第二路市电电源通常难以实现，因此柴油发电机作为高层建筑的第二电源就成为必然选择。文章主要针对高层建筑中柴油发电机的容量选择、机房防火设计及机房通风设计等问题进行分析，旨在不断加强柴油发电机房的设计，保证工程的质量。
　　关键词：高层建筑，柴油，发电机，机房
　　目前，一些高层建筑通常存在大量的二级及一级负荷，尤其是一级负荷要求两路完全独立的10KV线路供电通常难以实现，因此自备柴油发电机作为第二电源就成为必然选择，尤其是某些地区常用电不是很可靠的情况下，把柴油发电机作为备用电源，既能起到应急电源的作用，又能通过低压系统的合理优化，可以让一些较为重要的负荷在市电停电时使用，因此柴油发电机在工程中得到广泛应用。本文就高层建筑中柴油发电机的容量选择、机房防火设计及机房通风设计等问题提出一些看法。
　　1柴油发电机容量的选型
　　1.1方案或初步设计阶段:
　　自备发电机的容量按供电变压器总容量的10%~20%计算。
　　1.2施工图阶段
　　在施工图阶段可根据一级负荷、消防负荷以及某些重要的二级负荷容量，先确定停电或检修时所需要启动的最大负荷（如：备用照明、客梯、生活水泵、重要的计算机系统电源、安防系统电源等等），再与消防时需要启动的最大负荷比较（如：消防水泵、喷淋泵、消防风机、应急照明等），取其大者作为柴油发电机的选择依据，具体计算如下：
　　（1）按稳定负荷计算发电机容量，即柴油发电机工作时需同时带负荷的总和，其计算公式为：
　　Pj1=K•Pn/。
　　式中Pj1——发电机组稳定运行的有功功率kW；
　　K——可靠系数，一般取1.1~1.2；——并联机组不均匀系数；一般取0.9，单台机组时取1。
　　（2）按最大一台电动机启动条件计算发电机的容量，计算公式如下：
　　Pj2=K•P1+P。
　　式中Pj2——按最大电动机启动所需计算发电机组的有功功率kW；
　　K——发电机组供电负荷中最大一台电动机的最小启动倍数，如表1；
　　P1——最大一台电动机额定功率kW；
　　P——在最大一台电动机启动之前，发电机已带的负荷kW。
　　表1
　　启动方式 全压启动 Y-△ 自耦变压器减压启动
　　   0.65Ve 0.8Ve
　　母线允许压降 20% 5.5 1.9 2.4 3.6
　　 15% 7.0 2.3 3.0 4.5
　　 10% 7.8 2.6 3.3 5.0
　　注:Ve—配电系统额定电压
　　0.65Ve、0.8Ve—分别为自耦变压器的抽头位置
　　当以上Pj1、Pj2计算完成后，比较大小，取大者作为柴油发电机容量的选择依据。
　　工程实例：以笔者做的某个工程为例，该工程是一个一类高层建筑，其消防负荷大于平时停电所需的一级负荷，故以消防负荷的容量来选择柴油发电机，消防负荷稳定允许时，总容量为170kW，最大的电动机为消防泵和喷淋泵，都是37kW，采用全压起动。
　　按稳定负荷计算的发电机有功功率Pj1=K•Pn/。K取1.1，则Pj1=1.1x170=187kW；按最大一台电动机启动条件计算发电机的容量Pj2=K•P1+P。按最大电动机先启动的原则，此时P取37kW；K按全压启动，母线电压降20%考虑，查上表得5.5，因此Pj2=5.5x37+37=240.5kW。比较Pj1和Pj2，Pj2≥Pj1，Pj2故作为柴油发电机的选择依据，因此可选一台250kW机组。
　　通过上述例子可以看出，在相当多的工程中，单台电动机的最大功率是决定柴油发电机功率的重要因素，怎样在保证重要负荷平稳运行的前提下，如何最大限度减小柴油发电机容量又是设计人员必须考虑的因素。
　　2柴油发电机房防火设计及气体灭火设计
　　2.1机房防火设计
　　柴油发电机房可布置在高层建筑裙房的首层或地下一层，并应符合下列要求：柴油发电机房应采用耐火极限不低于2h或3h的隔墙和1.5h的楼板、甲级防火门与其他部位隔开；柴油发电机房内应设置储油间，其总量不应超过8h的需要量，储油间应采用防火墙与发电机间隔开，当必须在防火墙上开门时，应设置能自行关闭的甲级防火门；应设置火灾自动报警系统和自动灭火系统。
　　2.2机房气体灭火设计
　　根据《高层民用建筑设计防火规范GB50045-95（2005年）版》中9.1.1条的要求，一类高层建筑的消防用电应按一级负荷要求供电；二类高层建筑的消防用电应按二级负荷要求供电。由于城市《高层民用建筑设计防火规范GB50045-95（2005年）版》的要求，自备柴油发电机房应设专用自动灭火系统。目前柴油发电机房采用的灭火方式主要有全淹没气体灭火和水喷雾灭火两种方式。《高层民用建筑设计防火规范GB50045-95（2005年）版》的7.6.6高层建筑内的下列房间应设置除卤代烷1211、1301以外的自动灭火系统：
　　7.6.6.1燃油、燃气的锅炉房、柴油发电机房宜设自动喷水灭火系统；
　　7.6.6.2可燃油油浸电力变压器、充可燃油的高压电容器和多油开关室宜设水喷雾或气体灭火系统。
　　7.6.7高层建筑的下列房间，应设置气体灭火系统：
　　7.6.7.6其它特殊重要设备室。
　　由于无管网全淹没气体灭火具有简单、少维护的优点，因此很多设计人员在中、小型柴油发电机房中采用了此灭火方式。气体灭火的具体设计可依据《气体灭火系统设计规范GB50370-2005年》1.0.2本规范适用于新建、改建、扩建的工业和民用建筑中设置的七氟丙烷、IG541混合气体和热气溶胶全淹没灭火系统的设计。
　　全淹没气体灭火的工作原理是在规定的时间内，向防护区内喷射一定浓度的灭火气体，并在防护区的封闭空间内形成均匀的灭火剂浓度，以使此空间内的可燃物质完全淹没在含有足够浓度灭火剂的混合气体中，从而使可燃物质因空气中缺氧无法燃烧。为了达到上述灭火效果，全淹没气体灭火装置在释放灭火剂时，其防护区空间应成为封闭空间，即：防护区中的门、窗应关闭，停止其机械送、排风或空调送、回风的运行并关闭其风口。如果对其处理方法考虑一旦不细，将无法保证发生火灾时防护区空间内的气体灭火剂浓度及此浓度下的灭火剂浸渍时间。一些柴油发电机房中的此两个风口上均未设防火调节阀，从而使得在对柴油发电机房进行气体灭火时，此两个风口将处于与防护区外相通状态。即：存在着柴油发电机房中喷出的气体灭火剂将有一部分会经风口（开口）流失至防护区外。当然，对于此灭火剂经风口(开口)流失现象,设计人员可以参照《卤代烷1211灭火系统设计规范GBJ110-87》及其条文说明第3.1.1条和第3.1.2条中关于开口流失补偿的计算方法，给予灭火剂开口流失补偿量的核对计算。但此方法对于地下式柴油发电机房较为合适，而对于地上式柴油发电机房却不太适用。因为地下式柴油发电机房的风口是经过竖向通风井后才与室外地上大气相通的，即：其与室外大气的相通点高于柴油发电机房，从而容易保证灭火剂与空气的交界面(分界面)位于柴油发电机上方，使柴油发电机全被灭火剂包裹着。而地上式柴油发电机房其墙下部的风口则直接通大气，要保证灭火剂与空气的交界面（分界面）位于柴油发电机上方就有很大困难。因此我认为在柴油发电机房（地上式和地下式）中的两个内燃机散热专用风口上设防火调节阀是一个较好的选择，因为这样即节约了灭火剂用量，又减少了设计人员的计算工作量。安设在此风口上的防火调节阀应选用SFVD型防烟防火调节阀,因为此阀具有被感烟（温）电信号号联动关闭的功能。对于安设在送口上的SFVD型防烟防火调节阀，其温度熔断器可以采用70℃熔断型，而安设在排风口上的SFVD型防烟防火调节阀，其温度熔断器则应改为采用280℃熔断型，因为排风口在平时所排柴油机工作时散热的风温度有可能高于70℃。另外，安设在送、排风口上的此调节阀动作关闭后，应能耐防护区内高于区外1500Pa的气压差。
　　3柴油发电机房进气、排风及排烟设计
　　3.1机房通风设计
　　柴油发电机房的通风问题是机房设计中要特别注意解决的问题，特别是机房位于地下室时更要处理好，否则会直接影响柴油机发电机组的运行。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，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。维持室温所需新风量由下式计算：
　　C=0.078PT
　　式中：
　　C——需要的新风量(m3/s)；
　　P——柴油机额定功率(kW)；
　　T——机房温升(°C)。
　　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，可按每千瓦制动功率需要0.1m3/min算(柴油机制动功率按发电机主发电功率千瓦数的1.1倍配备)。柴油发电机房的通风一般采取排风设置热风管道，进风为自然进风的方式。热风管道与柴油机散热器连在一起，其连接处用软接头，热风管道应平直，如果要转弯，转弯半径尽量大而且内部要平滑，出风口尽量靠近且正对散热器热风管理直接伸出管外有困难时可设管中导出。进风口与出风口宜分别布置在机组的两端，以免形成气流短路，影响散热效果。
　　机房的出风口、进风口的面积应满足下式要求：
　　S1≥1.5SS2≥1.8S；
　　式中：S——柴油机散热面积；
　　S1——出风口面积；
　　S2——进风口面积；
　　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。
　　3.2机房排烟设计
　　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。高层建筑中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°C，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。
　　参考文献
　　[1]《建筑设计防火规范》GB50016-2006
　　[2]《高层民用建筑设计防火规范》GB50045－95（2005年版）
　　[3]中国建筑标准设计研究院编.全国民用建筑工程设计技术措施(2009)电气.北京:中国计划出版社,2009.
　　[4]《气体灭火系统设计规范GB50370-2005年》
　　[5]《卤代烷1211灭火系统设计规范GBJ110-87》

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