柴油發電機房（風冷）通風設計探討

冷靜

（中交第二航務工程勘察設計院有限公司，湖北武漢 430071）

0 引言

柴油發電機作為一種備用或應急電源已被廣泛采用，當正常電源故障時，切換至柴油發電機組為消防設備、控制通信設備等特別重要的負荷供電。

環境溫度對柴油發電機的實際發電功率具有直接影響，同時柴油發電機運行時還需吸入新鮮空氣，因此機房的通風設計尤為重要。本文結合具體工程，探討機房通風量及散熱量的合理計算方法。

1 工程概況

某工程為黃石市某物流園項目綜合樓內的柴油發電機房（圖1），位于地下一層，層高4.5m，面積66.80m2，發電機額定輸出功率為400kW，設儲油間。柴油發電機組的冷卻方式為風冷。工程所在地夏季室外通風計算干球溫度為32.5℃。

圖1 發電機房平面圖

依據產品樣本，該工程使用的發電機組運行參數如表1 所示。

表1 機組運行參數

2 柴油發電機房通風量計算方法探討

風冷型柴油發電機運行時，機組自帶的連機式散熱器雖會帶走部分熱量，但柴油機、發電機以及排煙管路仍會散發大量余熱。機組運行時會產生一定的油氣、一氧化碳及丙烯醛等有害物質。同時通風系統需保證柴油機燃燒所用的新風量Lr、儲油間換氣量Lk以及散熱器排風所需進風量Ls，此部分風量為功能性通風量。

因此，柴油發電機運行時通風需綜合考慮功能性通風及排除余熱、有害氣體所需風量（分別計為Ly、Lh）。若僅考慮排除機房內余熱、有害氣體而忽視功能性通風，則無法保證柴油發電機組正常運行。

2.1 現有通風量計算方法

依據《人民防空地下室設計規范》（GB 50038—2005）第5.7.2 條[1]，發電機房進風量為排除余熱風量，排風量為進風量減去燃燒空氣量。

依據《發電廠供暖通風與空氣調節設計規范》（DL/T 5035—2016）第6.16.4 條[2]，排風量為排除余熱風量，進風量為燃燒空氣量散熱器排風量及排風機排風量之和。

依據《全國民用建筑工程設計技術措施 防空地下室》（2009版）中4.5.6 條[3]，進風量為排除余熱風量、散熱器排風量中較大值，排風量為進風量減去燃燒空氣量。

部分設計中，進風量取為排除余熱風量、散熱器排風量及燃燒空氣量三者之和。

以上計算方式存在以下問題：（1）忽視功能性通風量，可能導致散熱器中循環冷卻水無法得到充分冷卻、柴油機燃燒所需的空氣量欠缺以及油氣聚集，進而影響機組正常運行；（2）混淆功能性通風量與排除余熱、有害物質通風量間的關系，導致計算的進風量不盡合理甚至明顯偏大；（3）排風量計算未進行具體分析，在機房機械進風的情況下無法保證負壓。

2.2 推薦通風量計算方法

2.2.1 機房進風量

發電機房的進風量需考慮排除機房余熱所需風量、排除有害氣體所需風量及機組功能性進風量。當房間內同時放散余熱和有害物質時，換氣量按兩者的最大值取值。值得注意的是，風冷型機組運行時，功能性進風與機房內空氣混合，已參與吸收余熱，對機房內空氣進行降溫并稀釋有害氣體，又通過連機式散熱器帶走機組循環冷卻水的熱量，排風由風管引至室外。因此，機房進風量Lj的計算公式應為：

式中，Lp為機房排風量。應針對機房的不同進風方式對排風量進行具體分析。

2.2.3 發電機組散熱量

柴油發電機運行時，噴入柴油機燃燒室的柴油燃燒后產生的能量轉化為機械能和熱能，機械能通過曲軸輸出驅動發電機，熱能散失途徑為：（1）由氣缸傳遞給冷卻水；（2）由柴油機體熱表面通過輻射散熱傳至室內；（3）隨尾氣排出。其中，氣缸傳遞給冷卻水的熱量通過機組自帶的連機式散熱器排至室外；尾氣中的熱量大部分由排煙管排至室外，剩余部分經由排煙管道散發至室內。發電機運行時也會因能量損耗而發熱。

通過上述分析，本文認為機房總余熱量Qyu應按《全國民用建筑工程設計技術措施 防空地下室》（2009 版）中4.5.6 條第4 款[3]進行計算，即：

式中，Q1為柴油機散熱量，kW；Q2為發電機散熱量，kW；Qy為排煙管道散熱量，kW。

依據《全國民用建筑工程設計技術措施 暖通空調·動力》（2009 年版）中4.4.1 條[4]，發電機組散熱量數據由生產廠家提供，當缺乏資料時，可進行估算。

依據《全國民用建筑工程設計技術措施 防空地下室》（2009版）中4.5.6 條第1 至3 款[3]，Q1、Q2、Q3可按相關公式進行計算。

本文認為采取公式計算散熱量較為合理。由于Qy較小，在缺乏相應數據的情況下可按（Q1+Q2）的1/10[5]估算。

3 柴油發電機房通風量計算

依據上述分析，按《全國民用建筑工程設計技術措施 防空 地 下 室》（2009 版）中4.5.6 條 第1 至2 款[3]計 算，取η2=93%，計算得Q1=47.1kW，Q2=30.1kW，Qy取估算值為7.72kW。

該工程為隔室操作，室內設計溫度為37℃[6]，依據熱平衡公式，計算得到Ly為56053m3/h。按Lh=qP′計算排有害物質所需通風量，取q=20m3/(kW·h)，計算得Lh為8000m3/h。

考慮到該工程儲油間位于地下一層，依據《鍋爐房設計標準》（GB 50041—2020）中15.3.7 條[7]，儲油間換氣次數取12 次/h，計算得Lk為135 m3/h。產品樣本中，散熱器排風Ls為37440m3/h，柴油機燃燒所需空氣量Lr為2340m3/h。

依據式（1）計算得機房進風量Lj為56053m3/h。該工程進風方式為豎井自然進風，依據式（4）計算得Ljp=Lp=53713m3/h，上部設置排風機風量為16273m3/h。

圖2 發電機房通風平面圖

4 結語

柴油發電機組運行時會放散大量的余熱，為保證機組的高效運行，需合理設置通風系統。

（1）柴油發電機運行時通風需綜合考慮功能性通風及排除余熱、有害氣體所需風量，同時應注意功能性通風量可以起到排除發電機房余熱及有害氣體的效用，排風量計算也需針對實際情況具體分析。現有計算方法缺乏對上述因素的全面考量，筆者認為柴油發電機房（風冷）通風量計算可參考本文方法。

（2）本文案例實際計算的柴油機及發電機散熱量遠大于產品樣本中的數據，而按《全國民用建筑工程設計技術措施 暖通空調·動力》（2009 年版）中4.4.1 條[4]計算的估算值則明顯偏大，因此，設計時需結合工程實際計算機組的散熱量。

（3）依據防火要求，儲油間與發電機房需采用防火隔墻進行分隔，因此儲油間排風管道在穿越防火墻處需設置防火閥，本文案例儲油間的排風管、進風短管在防火隔墻處均設置70℃防火閥。同時需注意按照《發電廠供暖通風與空氣調節設計規范》第6.16.8 條[2]，儲油間單獨設置時其機械排風系統也應獨立設置。位于地下的柴發機房，儲油間進風系統可與機房共用，其排風風機需單獨設置。對于地上柴發機房，儲油間可通過外墻上設置的百葉自然進風。