柴油發(fā)電機組的選擇與機房設(shè)計

　　高層建筑造價昂貴，特別是首層通常用于對外營業(yè)，屬黃金地帶，因此，機房一般都設(shè)在地下室。由于地下室出入不宜、自然通風(fēng)條件不良，給機房設(shè)計帶來一系列不利因素，本文就高層建筑中在地下室安裝柴油發(fā)電機組的設(shè)置原則、機組選擇、機房設(shè)計等問題提出一些粗淺的認(rèn)識。
　　
　　1 設(shè)置原則
   
    在高層建筑供電設(shè)計中，首先必須明確什么情況下應(yīng)設(shè)置柴油發(fā)電機組，我們先從高層建筑的負(fù)荷等級談起。
　　
　�。�1）高層建筑中的消防水泵、防排煙設(shè)施、消防電梯、應(yīng)急照明等消防用電，按照《高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范》（GB5004595）9.1.1條規(guī)定，一類高層建筑應(yīng)按一級負(fù)荷要求供電，二類高層建筑應(yīng)按二級負(fù)荷要求供電。
　　
　�。�2）按《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》（JBJ/T1692）3.1條規(guī)定，高層建筑中許多部位的負(fù)荷為一級負(fù)荷，如，一、二級旅館的宴會廳、娛樂廳、高級客房、廚房，重要辦公建筑的客梯電力、主要辦公室、會議室照明，大型百貨商店的營業(yè)廳照明；一級負(fù)荷中還含有特別重要負(fù)荷，如，重要的交通樞紐、通訊樞紐以及經(jīng)常用于重要國際活動的大量人員集中的公共場所等為一級負(fù)荷。還有一些部位的負(fù)荷為二級負(fù)荷，如，百貨商店的自動扶梯、客梯電力，部、省級辦公建筑的主要辦公室、會議室照明等。一級負(fù)荷應(yīng)由兩個電源供電；二級負(fù)荷當(dāng)條件允許時也宜由兩個回路供電，特別是屬于消防用電的二級負(fù)荷，應(yīng)按二級負(fù)荷的兩個回路要求供電。由此可見，高層建筑對供電的可靠性要求較高，考慮設(shè)置柴油發(fā)電機組的原則如下。
　　
　　1.1對電網(wǎng)能夠提供二個獨立電源的高層建筑，按規(guī)范已經(jīng)滿足了一、二級負(fù)荷的要求，原則上可不設(shè)柴油發(fā)電機組。但是，對于特別重要的高層建筑（如，超高層建筑），其內(nèi)部含有特別重要負(fù)荷，應(yīng)考慮其一電源系統(tǒng)檢修或故障時，另一電源系統(tǒng)又發(fā)生故障的嚴(yán)重情況，此時，一般應(yīng)設(shè)柴油發(fā)電機組作為應(yīng)急電源。
　　
　　1.2對于當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)只能提供一路電源；或取得第二電源有困難或不經(jīng)濟(jì)合理的高層建筑，應(yīng)設(shè)柴油發(fā)電機組提供第二電源。此時，柴油發(fā)電機組是作為備用電源使用，不僅僅是應(yīng)急用。
　　
　　1.3按照我國旅游飯店星級標(biāo)準(zhǔn)，四星級及五星級賓館應(yīng)設(shè)自備發(fā)電系統(tǒng)。以上是設(shè)置柴油發(fā)電機組的基本原則。值得一提的是，在國內(nèi)外一些高層建筑中，即使市網(wǎng)供電相當(dāng)可靠，可以滿足規(guī)范要求，但也都設(shè)置了自備應(yīng)急發(fā)電機組，以便當(dāng)市網(wǎng)萬一中斷供電，一方面能保證停電期間消防用電的需要，同時也能使大廈的基本秩序得以維持。
　　
　　2 機組型式選擇
　　
　　（1）啟動方式
　　
　　柴油機在啟動時，必須依靠外力驅(qū)動曲軸旋轉(zhuǎn)，當(dāng)達(dá)到一定轉(zhuǎn)速時，氣缸內(nèi)的空氣被壓縮到一定的壓力和溫度時，噴進(jìn)氣缸的燃油開始燃燒，柴油機才開始正常地運轉(zhuǎn)起來。柴油機的啟動方式有三種：
    ①手搖啟動，通過手搖裝置把柴油機啟動起來；
　�、陔妱訂�動，利用電動機作為動力，通過傳動機構(gòu)來驅(qū)動曲軸旋轉(zhuǎn)，從而使柴油機啟動起來，電啟動所用的電源為蓄電池，電壓一般為24v；
　　③壓縮空氣啟動，把壓縮空氣導(dǎo)入柴油機氣缸中，利用它的壓力來推動活塞，使柴油機曲軸旋轉(zhuǎn)，當(dāng)達(dá)到一定轉(zhuǎn)速時停送空氣，而向燃燒室噴入燃油，便可把柴油機啟動起來。
　　
　　當(dāng)采用自動信號控制啟動電動機或控制壓縮空氣閥，并對潤滑系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)采取措施后，便可實現(xiàn)機組自啟動。在高層建筑中宜采用電啟動方式，避免采用壓縮空氣啟動方式。一類高層建筑中一定要選擇帶自啟動裝置的柴油發(fā)電機組，一旦市網(wǎng)供電中斷，必須在15ｓ內(nèi)供電（《高建規(guī)范》要求30ｓ）。二類高層建筑中有條件時，也宜采用帶自啟動裝置的機組，有困難時也可采用手動啟動裝置。
　　
　�。�2）轉(zhuǎn)速
　　
　　柴油發(fā)電機組按轉(zhuǎn)速分高、中、低三類。高速轉(zhuǎn)速≥1000ｒ／ｍｉｎ；中速轉(zhuǎn)速在300～1000ｒ／ｍｉｎ；低速轉(zhuǎn)速≤300ｒ／ｍｉｎ。在高層建筑中應(yīng)選用轉(zhuǎn)速1000～1500ｒ／ｍｉｎ的高速機組。此種機組具有體積小、重量輕、運行可靠等優(yōu)點。
　　
　�。�3）冷卻方式
　　
　　柴油機在運行中由于柴油的燃燒產(chǎn)生高溫，為保證柴油機受熱機件及增壓器外殼等部分不受高溫的影響，并保證各工作面的潤滑，要在受熱部分進(jìn)行冷卻。柴油機冷卻不良、機件溫度過高時，將會引起一些故障。柴油機機件也不能過度冷卻，機件溫度太低也會造成不良后果。
　　
　　由此可見，冷卻系統(tǒng)的功用是從各受熱機件傳走部分熱量，使機件保持正常的工作溫度。柴油機的冷卻方式有水冷和風(fēng)冷兩種。水冷方式即用水冷卻氣缸，風(fēng)冷方式即用風(fēng)冷卻氣缸。水冷機組中一種為封閉式自循環(huán)水冷卻機組，它是由散熱水箱、水泵、柴油機機體的水冷腔，再返回到散熱水箱，而散熱水箱是利用機組上的風(fēng)扇進(jìn)行冷卻的，另一種為開式循環(huán)冷卻機組。在高層建筑中，一般情況下應(yīng)選擇閉式水循環(huán)冷卻的整體機組，此種機組所占面積和空間較小。
　　
　�。�4）勵磁系統(tǒng)
　　
　　勵磁系統(tǒng)是發(fā)電機的主要組成部分。勵磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)的主要任務(wù)是維持電壓處于一定水平、增加輸送功率和輸送距離、提高系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性等。勵磁裝置有很多種，高層建筑中一般選擇無刷自動勵磁裝置。采用此種勵磁方式的發(fā)電機組特點是：當(dāng)與自動電壓調(diào)整裝置配套使用時，其穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)整率可保證在±2.5％以內(nèi)，這種類型機組能適應(yīng)各種運行方式，易于實現(xiàn)機組自動化或?qū)Πl(fā)電機組的遙控。
　　
　�。�5）容量
　　
　　首先要滿足穩(wěn)定計算負(fù)荷需要，這包括消防負(fù)荷和保證負(fù)荷兩部分。在民用建筑中，設(shè)置柴油發(fā)電機組，通常首先是作為消防用電設(shè)備的備用電源。市電停電，即聯(lián)鎖開啟發(fā)電機組。但市電停電概率遠(yuǎn)大于火災(zāi)概率，開啟機組并不就意味著火災(zāi)發(fā)生。非消防時，開啟的發(fā)電機組僅僅負(fù)擔(dān)應(yīng)急照明等小部分負(fù)荷，若對其他非消防的重要負(fù)荷（屬三類負(fù)荷時的生活泵、客梯、裙房照明等，稱為保證負(fù)荷）無法顧及，則必將造成機組空置、資源浪費。為此，進(jìn)行低壓配電系統(tǒng)圖設(shè)計時，在滿足火災(zāi)時消防負(fù)荷需要的前提下，還必須考慮停電而非火災(zāi)時，發(fā)電機對保證負(fù)荷的供電。一種做法是，將保證負(fù)荷集中掛接在發(fā)電機應(yīng)急母線段上，消防時，由火災(zāi)信號將保證負(fù)荷的總開關(guān)分勵脫扣�？傊�，應(yīng)分別計算消防負(fù)荷和保證負(fù)荷，以二者較大值作為確定發(fā)電機組容量的依據(jù)，從而，同時滿足消防部門及建設(shè)方的相應(yīng)要求。
　　
　�。�6）臺數(shù)
　　
　　由于柴油發(fā)電機組是第二電源或第三電源，就不必為它再設(shè)“備用”，也就是說一個工程可以只設(shè)一臺。如果容量過大，可以設(shè)兩臺，這兩臺可并聯(lián)運行，并考慮可互為備用。柴油發(fā)電機組的單臺容量不宜大于1000KW。

　　3 機房設(shè)計
　　
　�。�1）柴油發(fā)電機房的選址考慮到柴油發(fā)電機組的進(jìn)風(fēng)、排風(fēng)、排煙等情況，如果有條件時機房設(shè)在首層。但是，高層建筑造價昂貴，特別是首層通常用于對外營業(yè)，屬黃金地帶，因此，機房一般都設(shè)在地下室。由于地下室出入不宜、自然通風(fēng)條件不良，給機房設(shè)計帶來一系列不利因素，設(shè)計中要注意處理好。機房選址時應(yīng)注意以下幾點：
　　
　　①不應(yīng)設(shè)在四周無外墻的房間，為熱風(fēng)管道和排煙管道導(dǎo)出室外創(chuàng)造條件； 　　
　�、诒M量避開建筑物的主入口、正立面等部位，以免排煙、排風(fēng)對其造成影響； 　
　　③注意噪音對環(huán)境的影響； 　　
　　④宜靠近建筑物的變電所，這樣便于接線，減少電能損耗，也便于運行管理。
　　
　　（2）通風(fēng)柴油發(fā)電機房的通風(fēng)問題是機房設(shè)計中要特別注意解決的問題，特別是機房位于地下室時更要處理好，否則會直接影響柴油機發(fā)電機組的運行。機組的排風(fēng)一般應(yīng)設(shè)熱風(fēng)管道，不宜讓柴油機散熱器把熱量散在機房內(nèi)，再由排風(fēng)機抽出。機房內(nèi)要有足夠的新風(fēng)補充。柴油機在運行時，機房的換氣量應(yīng)等于或大于柴油機燃燒所需新風(fēng)量與維持機房室溫所需新風(fēng)量之和。維持室溫所需新風(fēng)量由下式計算：
　　C=0.078PT
　　式中Ｃ———需要的新風(fēng)量（ｍ³／ｓ）；
    Ｐ———柴油機額定功率（ｋＷ）；
    Ｔ———機房溫升（℃）。

    維持柴油機燃燒所需新風(fēng)量可向機組廠家索取，若無資料時，可按每千瓦功率需要0.1ｍ³／ｍｉｍ計算（柴油機功率按發(fā)電機主發(fā)電功率千瓦數(shù)的1.1倍配備）。柴油發(fā)電機房的通風(fēng)一般采取排風(fēng)設(shè)置熱風(fēng)管道，進(jìn)風(fēng)為自然進(jìn)風(fēng)的方式。熱風(fēng)管道與柴油機散熱器連在一起，其連接處用軟接頭，熱風(fēng)管道應(yīng)平直，如果要轉(zhuǎn)彎，轉(zhuǎn)彎半徑盡量大而且內(nèi)部要平滑，出風(fēng)口盡量靠近且正對散熱器。進(jìn)風(fēng)口與出風(fēng)口宜分別布置在機組的兩端，以免形成氣流短路，影響散熱效果。機房的出風(fēng)口、進(jìn)風(fēng)口的面積應(yīng)滿足下式要求： 　
　�。樱�≥1.5ｓ 
　�。樱�≥1.8ｓ式中 　　
　�。�———柴油機散熱面積； 　　
　�。樱�———出風(fēng)口面積； 　　
　�。樱�———進(jìn)風(fēng)口面積。

    在寒冷地區(qū)應(yīng)注意進(jìn)風(fēng)口、排風(fēng)口平時對機房溫度的影響，以免機房溫度過低影響機組的啟動。風(fēng)口與室外的連接處可設(shè)風(fēng)門，平時處于關(guān)閉狀態(tài)，機組運行時能自動開啟。
　　
　�。�3）排煙排煙系統(tǒng)的作用是將氣缸里的廢氣排放到室外。排煙系統(tǒng)應(yīng)盡量減少背壓，因為，廢氣阻力的增加將會導(dǎo)致柴油機出力的下降及溫升的增加。排煙管敷設(shè)方式常用的有二種：
　　
　�、偎�平架空敷設(shè)，優(yōu)點是轉(zhuǎn)彎少、阻力小，缺點是增加室內(nèi)散熱量，使機房溫度升高；
　�、诘販蟽�(nèi)敷設(shè)，優(yōu)點是室內(nèi)散熱量小，缺點是排煙管轉(zhuǎn)彎多，阻力相對較大。在地下室常用的是水平架空敷設(shè)。排煙管應(yīng)單獨引出，盡量減少彎頭。排煙溫度在350～550℃，為防止?fàn)C傷和減少輻射熱，排煙管道宜進(jìn)行保溫處理。排煙噪聲在機組總噪聲中屬最強烈的一種，應(yīng)設(shè)消音器以減少噪音。
　　
　�。�4）基礎(chǔ)基礎(chǔ)主要用于支撐柴油發(fā)電機組及底座的全部重量，底座位于基礎(chǔ)上，機組安裝在底座上，底座上一般都采取減震措施。在高層建筑中一般采用高速柴油發(fā)電機組，當(dāng)機組安裝在樓板上即不在最底層時，都不采用重混凝土基礎(chǔ)，以免基礎(chǔ)過重而增加樓板荷重。當(dāng)機組位于建筑物底層時，應(yīng)按機組要求設(shè)置混凝土基礎(chǔ)。底角螺絲可預(yù)埋，也可以等機組到達(dá)后再用電鉆打孔安裝。
　　
　�。�5）機房接地柴油發(fā)電機房一般應(yīng)用三種接地： 　
　　①工作接地，發(fā)電機中性點接地； 　　
　�、诒Ｗo(hù)接地，電氣設(shè)備正常不帶電的金屬外殼接地； 　　
　�、鄯漓o電接地，燃油系統(tǒng)的設(shè)備及管道接地。各種接地可與高層建筑的其它接地共用接地裝置，即采用聯(lián)合接地方式。
　　
　�。�6）燃油的存放機房內(nèi)需設(shè)置3～8ｈ的日用油箱，其容積可按下式計算：V=Ｇ•γ•Ａ•τ式中: 　　
　　Ｖ—日用油箱容積（ｍ3）； 　
　　Ｇ—柴油機燃油消耗量（ｋｇ／ｈ）由樣本查出； 　　
　　γ—燃油重度（ｋｇ／ｍ３），輕柴油為810～860ｋｇ／ｍ３；Ａ—油箱充滿系數(shù)，一般取0.90； 　　
　　τ—供油時間，一般取3～8ｈ。
　　
　　當(dāng)機房設(shè)在高層建筑內(nèi)時，日用油箱應(yīng)設(shè)專用房間，用防火墻與柴油發(fā)電機隔開。