人防固定柴油電站風冷通風設計

余紅英

（浙江省建筑設計研究院，浙江杭州310006）

人防固定柴油電站風冷通風設計

余紅英

（浙江省建筑設計研究院，浙江杭州310006）

對某戰時設置人防固定柴油電站，通過余熱量及送排風量的理論計算，給出了設置風冷冷卻的可行性。風冷冷卻極大地減少人防固定電站占地面積，降低初投資，由此為類似的工程設計提供參考。

固定電站；余熱量；送風量；排風量；工程設計

0　引言

具有防護功能的人防柴油發電機房（以下簡稱人防電站）在戰時外部電源遭破壞時能提供可靠的不間斷電源，供戰時應急照明、通信和警報設備使用。人防電站可分為移動電站和固定電站。移動電站內發電機總容量一般不超過120kW。總容量超過120kW的電站應采用固定電站。人防電站的冷卻降溫是戰時發電機能否正常運行的至關重要因素。常規電站的冷卻系統有水冷和風冷兩種方式[1-2]。水冷冷卻是利用可靠的內部深井或機房內水庫水做冷源，通過冷卻器降低機房及柴油機頭溫度，這種方式設置的進排風量小，但受水源影響，水庫占地面積大，冷卻設備多，用水量、排水量大。而風冷冷卻是以工程外部空氣作為電站冷卻冷源，這種方式設置簡單，占地面積小，不受水源和水溫影響，但通風量大，受外部環境溫度影響大。

在國家建筑標準設計圖集中，發電機功率不超過120kW的人防移動電站推薦的是風冷冷卻方式，2臺發電機功率200kW的人防固定電站推薦的是風冷與水冷相結合冷卻方式，對于固定電站設置風冷冷卻方式的設計未列出。從圖集中可見，與風冷電站相比，水冷或風冷水冷相結合的電站設置相對復雜得多[3-4]。有文獻提出應該出臺相應的風冷固定電站設計，然而目前固定電站設置風冷冷卻的設計參考幾乎沒有[5]。

如果能控制通風量在合理的范圍內，固定電站的風冷冷卻不失為一種簡單易行的實用性設計。本文通過一個工程實例設計，提出了設置2臺發電功率120kW的人防固定電站設置風冷冷卻的可行性，此處列出來希望對類似的工程設計有所幫助。

1　工程概況

工程位于浙江臺州玉環市，地下一層建筑面積21144m2；地上有一座16層的五星級酒店及一座4層的購物中心，酒店建筑面積約47174m2，商場建筑面積約29000m2。地下人防建筑面積7815m2，為乙類人防工程，抗力級別為核6級常6級，防化級別為丙級。劃分為六個二等人員掩蔽所、一個人防物資庫及一個人防固定電站，電站內設有2臺發電功率為120kW的柴油發電機。

2　冷卻方案

柴油發電機房的冷卻包括兩部分：柴油機機頭的冷卻與機房內空氣的降溫。機房內空氣降溫所涉及的余熱量包括柴油機、發電機和排煙管向機房內空氣的散熱量[1-2]。

柴油機機頭散熱可采用水冷和風冷兩種方式。柴油機水冷系統又稱為柴油機的冷卻水開式循環系統，儲水庫的冷卻水通過混合水池進入柴油機，吸收柴油機熱量后，一部分水排掉，一部分重新回到水庫和冷水混合或者經冷卻塔降溫后再進入柴油機。柴油機的風冷系統又稱柴油機的冷卻水閉式循環系統，柴油機的熱量由機頭自帶風冷散熱器冷卻閉式循環水將熱量散發到空氣中。

機房內空氣冷卻一般常用的也是水冷和風冷兩種方式。風冷式機房是通過引入室外較低溫度空氣來對機房內空氣進行降溫。一般情況下機頭散熱器的排風通過管道直接排出工程外，考慮到機頭風扇壓頭不足，很多情況下將通過接入機房排風系統排出工程外，機頭散熱器的排風來自機房，機房空氣來源是室外引入的新風。水冷式機房是用水作冷媒，通過表面式或淋水式冷卻器與機房內空氣進行熱交換來實現對機房內空氣的降溫。水冷式柴油發電機房的進風系統除為柴油機提供燃燒空氣外，主要作用為排除發電機房內的有害氣體，同時也可吸收部分機房余熱量。

如圖1所示，為設置2臺單機發電功率120kW柴油發電機的人防固定電站，其中柴油機機頭排風接入機房排風管統一經過擴散室排出室外。本文對機房及柴油機頭余熱量、機房送排風量進行了詳細理論計算，并校核了機房及排風系統實際溫度，闡述了設置2臺單機發電功率為120kW發電機的人防固定柴油電站設置風冷冷卻系統的可行性。與常規的水冷冷卻電站相比，節約了占地面積，沒有水冷電站所需的深井、水庫、混水池及水泵房等設置，電氣、給排水及通風系統設計都大大簡化。

3　余熱量計算

3.1柴油機散熱

柴油機向機房內空氣的散熱量可按下式計算[2]：

得到：

式中Q1—柴油機向機房內空氣的散熱量，kW；

η1—柴油機工作時間向周圍空氣散熱的熱量系數，%，可取0.04[2]；

q—柴油機燃料熱值，kJ/kg，可取41870[2]；

η2—發電效率，%，通常為80%-94%，此處取90%；

P—發電機額定輸出功率，kW，此處總量為240；

Ne—柴油機額定功率，kW，由發電機額定輸出功率換算得來，Ne=P/η2；

B—柴油機耗油率，kg/（kW·h），可取0.23[2]。

3.2發電機散熱

發電機向機房內空氣的散熱量可按下式計算[2]：

得到：

式中Q2—發電機向機房內空氣的散熱量，kW。

3.3排煙管散熱

排煙管向機房內空氣的散熱量可按下式計算[2]：

得到：

式中Q3—排煙管向機房內空氣的散熱量，kW；

L—排煙管在機房內敷設長度，m；

qe—排煙管單位長度散熱量，kW/m；

d—排煙管外徑，m，為0.3；

D—排煙保溫管外徑，m，為0.5，保溫層為

100mm厚的玻璃纖維；

α—保溫管外表面向周圍空氣的放熱系數，W/（m·℃），取11.63[2]；

ty—管內煙氣溫度，℃，取350℃[2]；

tn—室內空氣溫度，℃，人員隔室操作的機房可取40℃[2-3]；

λ—保溫材料導熱系數，W/（m·℃），玻璃纖維保溫材料，取0.065[2]。

3.4柴油機機頭散熱

柴油機機頭散熱量可按下式計算：

得到：

式中Q4—柴油機機頭的散熱量，kW；

ε—風冷散熱器的散熱量占燃料發熱量的百分比，一般可取30%[2]。

3.5發電機房的余熱

當柴油機機頭散熱量直接排出工程外時，發電機房的余熱量可按下式計算：

得到：

式中Qyu—發電機房的余熱量，kW。

3.6發電機房及柴油機機頭總散熱

發電機房及柴油機機頭總散熱量可按下式計算：

得到：

式中Q′—發電機房及柴油機機頭總散熱量，kW。

4　排風量計算

4.1計算參數

人員間接操作發電機房室內溫度可按≤40℃設計[2-3]，臺州氣象臺站（玉環）的夏季通風室外計算溫度為28.9℃[6]，則發電機房室內外溫差為11.1℃，儲油間建筑面積為15m2，體積為54m3，考慮儲油間換氣次數不小于5次/h。

4.2排除發電機房余熱的排風量

排除發電機房余熱的排風量可按下式計算：

得到：

式中Lyu—排除發電機房余熱的排風量，m3/h；

tw—夏季通風室外計算溫度，℃，取28.9；

c—空氣比熱容，取1.01；

ρn—40℃排風空氣密度，kg/m3，取1.12。

4.3儲油間、油泵間排風量

儲油間、油泵間排風量可按下式計算：

得到：

式中L1—儲油間、油泵間排風量，m3/h；

n—儲油間、油泵間換氣次數，h-1，取5；

V—儲油間、油泵間體積，m3，取54。

4.4帶走柴油機機頭散熱量所需的排風量

帶走柴油機機頭散熱量所需的排風量可按下式計算：

得到：

式中L2—帶走柴油機機頭散熱量所需的排風量，m3/h；

ρp—60℃排風空氣密度，kg/m3，取1.05；

因所有電站排風的來源都是室外新風，溫度取28.9℃；

tp—機頭散熱器排風溫度，℃，此處取60℃[7]。

4.5柴油機機頭散熱實際排風量

實際上，查詢某品牌發電機樣本，單臺120kW功率的柴油發電機機頭散熱器的排風量為12600m3/h，則實際排風量可按下式計算：

由上計算可見，L2′＞Lyu＞L2，設計排風量應取L2′。

如此大量的實際排風L2′能帶走的熱量可按下式計算：

可得：

式中L2′—柴油機機頭散熱實際排風量，m3/h；

Q″—實際排風量能帶走的熱量，kW。

可見Q″遠大于Q4，甚至大于Q′，表示柴油機機頭散熱器的排風不僅能帶走機頭散熱，甚至同時將整個機房余熱量完全帶出工程外都沒有問題，此處只要機頭排風直接排出工程外而不排在機房內，這一點在技術措施[2]或其他文獻[7，8]的有關計算中都沒有討論或討論不詳細。

由上述計算方法，通過機房實際排風量及機房溫度和散熱量經過幾次試算，最終可得到機房內溫度約為36.6℃，機頭散熱器排風溫度為57.7℃，完全能滿足設計要求。

4.6電站排風量

采用風冷方式的電站總排風量應同時能滿足機房內空氣降溫以及柴油機機頭散熱，本例中實際機頭散熱排風量L2′大于機房余熱排風量Lyu，且機頭散熱的排風同時滿足了帶走機頭散熱及機房余熱，所以電站冷卻排風量取機頭散熱排風量，即Lp′=L2′=25200m3/h。

人防電站設置的排風除排除機房內余熱及柴油機機頭散熱外，還應該考慮排除儲油、油泵間的廢氣，電站總排風量Lp計算如下：

可得：

式中Lp—電站總排風量，m3/h。

5　送風量計算

柴油機燃燒空氣量可根據機組實際參數計算確定，當缺少相關計算參數時，可按柴油機額定功率，取經驗數據7m3/（kW·h）計算[2]，則燃燒空氣量：

發電機房總進風量Lj按下式計算：

可得：

式中LR—燃燒空氣量，m3/h；

Lj—發電機房總進風量，m3/h。

6　結語

對于設置2臺120kW發電功率的人防固定電站，本文討論了風冷冷卻的可行性，與國家標準圖集相輔相成，提出了一種簡易又經濟的實用性設計。當進、排風量不超過29000m3/h時，固定電站的通風設計只需要在擴散室與通風豎井間設置2個HK800的防爆波活門即可滿足戰時通風量需求，與移動電站設置幾乎相同，與水冷電站相比，沒有龐大的冷卻水庫與水泵房設置，不需要打深井取水，也不需要排廢水，節約了相當大的占地面積；同時風冷系統的設置也簡化了通風與給排水專業的設備、管路系統，因而也極大地降低了初投資。

[1]GB50038-2005，人民防空地下室設計規范[S].

[2]2009JSCS-6，全國民用建筑工程設計技術措施/防空地下室[S].

[3]08FJ04，國家建筑標準設計圖集/防空地下室固定柴油電站[S].

[4]07FJ05，國家建筑標準設計圖集/防空地下室移動柴油電站[S].

[5]王志飛.人防通風設計的幾個常見問題探討[J].暖通空調，2014，44（3）：70-71.

[6]GB50736-2012，民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范[S].

[7]蘇航，宋永剛，等.地下風冷式柴油發電站通風設計[J].遼寧建材, 2008，（3）：46-48.

[8]趙超桃.某人防移動式柴油發電站通風系統設計[J].發電與空調，2015，36（3）：81-84.

Air-cooled Ventilating System Design of the Stationary Civil Air Defense Diesel Power Station

YU Hong-ying
（Zhejiang Institute of Architectural Design and Research，Hangzhou 310006，China）

Based on calculations ofwasteheatquantity,supplyairand exhaustairquantity,a probability ofair cooling system could beestablished for the stationary civilair defense dieselpower station.According to thenew design,the station'soccupied floorarea could be remarkably decreased,and the preliminary investmentcould alsobe reduced,moreover, thisdesign could providesome reference forothersimilarprojectdesigns.

stationary power station；waste heat quantity；supply air quantity；exhaust air quantity；project design

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2016.05.021

TU 834

B

2095-3429（2016）05-0087-04

余紅英（1970-），女，浙江衢州人，碩士，高級工程師，主要從事暖通空調設計工作。

2016-08-25

2016-10-10