民用建筑中柴油發電機組的選擇與機房設計

摘要:本文就柴油發電機組的設置原則、容量選擇、機房設計等問題提出一些理解和看法。

關鍵詞:柴油發電機組 設置原則 容量選擇 機房設計

0 引言

現代建筑人流密集，出于防火、消防安全的需要，對供電可靠性提出了較高的要求。選用恰當的備用電源來滿足緊急情況下消防負荷及某些重要負荷的供電要求，是民用建筑電氣設計中一個不可忽視的問題。目前我們經常采用柴油發電機組作為備用電源。本文就民用建筑中如何選擇柴油發電機組、如何設計機房等問題提出一些理解和看法。

1 設置原則

根據《民用建筑電氣設計規范》、《高層民用建筑設計防火規范》、《建筑設計防火規范》等有關規范中的規定和設計技術措施，本人總結了備用柴油發電機組的設置原則:

1.1 給民用建筑中的一級負荷供電時，若城市電網能提供兩路獨立電源，則可不設柴油發電機組;但當一級負荷中有特別重要的負荷時，則一般應設柴油發電機組作為應急電源。

1.2 當城市電網只能提供一路電源時，為滿足對一、二級負荷的供電要求，一般應設置柴油發電機組作為備用電源。

1.3 大、中型商業建筑中為確保市電中斷時不造成較大的經濟損失，也宜設柴油發電機組。由于城市電網不可能完全獨立，兩路電源即使來自兩個區域電站，其上級還是共站聯系在一起。一個電源故障或檢修時，另一電源有可能同時故障，因此，即使有兩路或以上電源供電，為確保民用建筑中消防及其他重要設備(如智能化設備、通訊設備、數據機房設備等)的可靠供電，一般都設置柴油發電機組作為備用電源。

2 柴油發電機組容量的選擇

2.1 方案或初步設計階段

備用柴油發電機組的容量按供電變壓器總容量的10%～20%確定。

2.2 施工圖階段

2.2.1 按計算負荷選擇發電機組的容量

負荷分析:

一般民用建筑中，柴油發電機組在火災時為消防負荷、平時為重要負荷提供備用電源。柴油發電機組的容量首先要滿足計算負荷的需要，包括消防負荷和非消防重要負荷兩部分。

消防負荷如何正確計算應引起重視。推薦的計算原則是:只考慮一個防火分區發生火災，即認為兩個及以上的防火分區同時發生火災的可能性是非常低的。通常，消防泵作為固定負荷必須計入，而消防電梯、防排煙風機等負荷計入多少，則要視其在某防火分區火災時投入服務的負荷大小而定。確定發電機容量，應以最不利的一個防火分區發生火災時，同時投入運行的消防負荷為準。

負荷計算:

①必保的消防及保安負荷

a. 平時備用火災時才啟用的專用消防設備計算負荷(Pj1)。如:一般按最不利的一個防火分區發生火災時考慮需開啟的消防水泵、防排煙風機、電動防火卷簾、電動防火門、消防新風機等。同層有幾個防火分區時，若某一個防火分區著火，所開啟的防排煙最大負荷為本著火分區及相鄰的兩個防火分區的防排煙設備。

b.停市電時，必須由發電機供電的計算負荷(Pj2)。如:應急照明、消防電梯、消防控制室、通信機房、安防監控機房、大中型計算機房等重要設備用電，特別重要負荷，一級負荷中的部分或全部負荷。

②宜保的非消防重要負荷

停市電非火災時，宜由發電機供電的重要計算負荷(Pj3)。如:部分或全部客梯、生活水泵、廚房動力、餐廳1/4～1/3照明、商場1/4～1/3照明、賓館鍋爐房、星級客房照明等。宜將大型封閉式商場中的空氣處理機、新風機作為重要負荷。

發電機組的額定功率(PH)應大于或等于1.1 倍的計算功率(Pj):PH≥1.1Pj。

當Pj1>Pj3時，應選PH≥1.1(Pj1+Pj2)。

當Pj3>Pj1時，應選PH≥1.1(Pj2+Pj3)。

為充分利用發電機，應把重要負荷接到發電機母線上，這樣既能滿足消防負荷用電，又能向非消防重要負荷供電，為首選設計方案。

2.2.2 按最大的單臺電動機起動需要校驗發電機組的容量

①應該滿足 PH≥ K×P。式中PH:發電機組的額定功率;K:最大一臺電動機的啟動倍數，P:最大一臺電動機的額定功率。

在不同的啟動方式下，發電機功率為被啟動電動機功率的最小倍數(K值)如下表所示:

表中值為K，為了可靠宜將表中K值乘以1.1～1.3的可靠系數。

②一般的，消防水泵起動，可按15% 允許瞬時壓降來選擇、校驗發電機組容量。

③較大功率的消防水泵考慮采用Y/△方式啟動。發電機容量足夠，水泵容量較小，又不經常起動，直接起動時壓降≤ 15% 時，可采用直接起動。

2.2.3 按起動電動機時母線容許電壓降需要校驗發電機組的容量

最大一臺電動機啟動時，應保證發電機端母線的瞬時電壓降在有電梯負荷的情況下不應大于額定電壓的20%，無電梯負荷時，不應大于25%。

3 工程實例

以本人設計的某工程(深圳市龍軒豪庭)為例:該工程建筑面積4.3萬m2，33層，高99.8米，為一類高層公共建筑。市政提供一路電源，設一臺柴油發電機組，作為消防負荷和非消防重要負荷的備用電源。消防時計算功率(Pj1+Pj2)為275kW，非消防時計算功率(Pj3+Pj2)為265kW。最大一臺電動機為消火栓泵110kW，其次為噴淋水泵45kW，均采用Y/△方式降壓起動。

計算過程:

3.1 按計算負荷選擇發電機組的容量

應選的發電機組功率PH≥1.1(Pj1+Pj2)=1.1×275kW=303kW

查樣本選擇PH =360kW 的發電機組。

3.2 按最大的單臺電動機起動需要校驗

校驗:最大一臺電動機為消火栓泵110kW，采用Y/△方式啟動，按15% 壓降查表得K=2.3，取1.2 可靠系數。

1.2×K×P=1.2×2.3×110=304 <360kW

3.3 按起動電動機時母線容許電壓降需要校驗

從發電機房敷設至水泵房的電纜為ZNYJV-(3x240+2x120)，長度為70米，

最大一臺電動機啟動時，從水泵至發電機端母線的線路電壓降為:

M=I×L=(IQ/3+45×1.9)×0.07=(7×110×2/3+45×2)×0.07=42.2A.Km

查表得△ua%=0.054%

△u%=△ua%×M=0.054%×42.2=2.3%

估算發電機端母線的瞬時電壓降:2.3%+15%=17.3%<20%(有電梯負荷的情況)

經校驗，所選機組滿足要求。

4 柴油發電機房的設計

4.1 機房位置的確定

考慮到柴油發電機組的進排風、散熱、排煙等情況，機房最好設在首層或地下一層。高層建筑功能復雜，首層商業價值高，因此，一般把發電機房設在地下室的地下一層，不宜設在地下二層及以下。在選擇機房位置時應注意以下幾點:①盡量靠近變配電所，這樣便于接線、縮短線纜長度、減少電能損耗。②設置在地下一層時，盡量要有一面靠外墻，以便通風、排煙。③應注意機組的吊裝、搬運和檢修方便。一般利用停車庫出入通道作為搬運通道，但若通道不能滿足要求，要考慮預留吊裝孔。

4.2 機房設備的布置 機房的凈高應滿足機組的需要，機房設備的平面布置應根據機組尺寸大小和臺數而定，應力求緊湊、經濟合理、保證安全及便于維護。

當發電機房只設一臺小容量機組時，一般不設控制室。這時配電屏、控制屏宜布置在發電機端或發電機側。

對于單機容量較大的多臺機組，考慮到運行維護、管理和集中控制的方便，宜設控制室。一般將發電機控制屏、機組操作臺及照明配電箱等放在控制室。

當機房與控制及配電室毗鄰布置時，發電機出線端宜布置在靠近控制及配電室一側。

另外，還要注意柴油發電機組的通風、散熱設計和排煙、降噪設計。

參考文獻:

[1]《民用建筑電氣設計規范》.JGJ 16-2008.

[2]《建筑設計防火規范》.GB 50016-2006.

[3]《高層民用建筑設計防火規范》.GB 50045-95(2005年版).

[4]《全國民用建筑工程設計技術措施-電氣》.(2003版).

[5]《供配電系統設計規范》.GB 50052-1995.