機房設計與設備安裝

人民防空工程的柴油發(fā)電機房通風設計

 

柴油發(fā)電機要正常運行必須要有適宜的溫濕度環(huán)境，否將影響發(fā)電機組的發(fā)電效率，電站的通風降溫系統(tǒng)就是為柴油發(fā)電機提供適宜的空氣環(huán)境而設置，是保障電站正常運的必要設施。結合實際工程設計中遇到的問題，本文就柴油發(fā)電機房（風冷）的通風設計思路及方法作以闡述。

 

一、前言

 

人民防空工程是戰(zhàn)時掩蔽人員、物資，以及保護人民生命財產(chǎn)安全的重要場所，也是實施人民防空最重要的物質(zhì)基礎，在現(xiàn)代戰(zhàn)爭條件下，核、生、化和常規(guī)武器對工程的毀傷已成為防護重點。由于戰(zhàn)時外部電力供應很容易遭到敵人破壞，因此要求人防重點工程設置備電源一一一柴油發(fā)電站，現(xiàn)行規(guī)范《人民防空地下室設計規(guī)范》CB，38一2m5（以下簡稱規(guī)范）第7．7．2條中有詳細規(guī)定。電站設置的目的就是當外電源遭到破壞后依靠內(nèi)部的電源保障工程內(nèi)部動力、照明、通訊等設備的正常運轉(zhuǎn)。

 

柴油發(fā)電機要正常運行必須要有適宜的溫濕度環(huán)境。否則將影響發(fā)電機組的發(fā)電效率，規(guī)范中對柴油發(fā)電機房的濕度要求為：當人員直接操作設備時，機房內(nèi)溫度不大于35攝氏度，當人員隔室操作時溫度不大于攝氏度，電站控制室溫度不大于30攝氏度，相對濕度不大于75％。電站的通風降溫系統(tǒng)是為柴油發(fā)電機提供適宜的空氣環(huán)境而設置，是保障電站正常運轉(zhuǎn)的必要設施。

 

戰(zhàn)時清潔通風時，柴油發(fā)電機房的進排風量的計算規(guī)范中第5 7．2條有明確的規(guī)定：當柴油發(fā)電機房采用空氣冷卻時（即風冷），按除柴油發(fā)電機房內(nèi)余熱量計算進風量；當柴油發(fā)電機房采用水冷卻時（即水冷），按排除柴油發(fā)電機房內(nèi)有害氣體所需的通風量經(jīng)計算確定。結合實際工程設計中遭到的問題，本文就柴油發(fā)電機房（風冷）的通風設計思路及方法作以述。

 

柴發(fā)機房進通風設計圖

 

 

二、案例簡介

 

以深圳某小區(qū)的人防地下室為例，平戰(zhàn)結合，戰(zhàn)時為核六級、常六級二等人員掩蔽所，平時為地下車庫，停車，12輛屬于三類地下車庫。本工程人防建筑面積：4355平方米，建筑層高4.5米，根據(jù)建筑專業(yè)的分隔，戰(zhàn)時人防劃為三個防護單元，每個防護單元的有效人員掩蔽面積和掩人員數(shù)量分別為：第一單元1567平方米、1567人；第二單元1574平方米、1320人，第三單元1214平方米、1214人。

 

在第一防護單元中設有移動式電站，該電站中有容量為100Kw的移動式發(fā)電機一臺，作為戰(zhàn)時的備用電源，發(fā)電機組參數(shù)如下：

（1）額定功率100Kw；

（2）燃燒空氣量396立方米/小時；

（3）柴油機機頭風扇轉(zhuǎn)速2200r/Min；

（4）排風量為11628立方米/小時；

（5）排煙管道保溫材料采用礦渣棉管殼，保溫厚度60毫米。

 

三、 柴發(fā)機房余熱量計算

 

1、機房余熱量的計算

 

要確定柴油發(fā)電機房（風冷）余熱量的計算算范圍，不妨先了解一下柴油機內(nèi)部循環(huán)的原理：

柴油機的內(nèi)部水循環(huán)大致可分為三類：閉式水循環(huán)、開式水循環(huán)和混合水循環(huán)。其中閉式水循環(huán)又可分為閉式風冷和閉式水冷，所渭的閉式風冷是指柴油機冷卻水在柴油機前部的表面式空氣—水換熱器和柴油機內(nèi)部的冷卻系統(tǒng)組成的封閉管路內(nèi)循環(huán)，散熱器與柴油機組成一個整體，如下圖所示：

        閉水式循環(huán)冷卻原理圖（風冷）

 

規(guī)范第5.7.4條規(guī)定：柴油發(fā)電機房內(nèi)的余熱量應包括柴油機、發(fā)電機和排煙管道的散熱，即Qyu=（Q1+Q2）β+Q3,筆者認為這種說法是不嚴密的，因為當柴油機為閉式水循環(huán)（風冷）時，如果空氣一水換熱器排出的熱量直接進入機房內(nèi)的空氣中，則此部分冷卻排熱量Q4也應計入到機房的余熱量中，即Qyu=（Q1+Q2）β+Q3+Q4，因為冷卻排熱量值較大，一般為Q1+Q2的3. 5倍左右，設計中需對這部分熱量采取有效的方法進行控制和排除。

 

2、柴油機散熱量Q1

 

● 計算公式

規(guī)范中沒有列出Q1的計算公式，《全國民用建筑工程設計技術措施一防空地下室》（以下簡稱措施）第4.3.5條和《防空地下室設計手冊一暖通、給水排水、電氣分冊》（以下簡稱手冊）第2頁公式6一6是統(tǒng)一的，公式如下：

Q1=1.5×10-4×n1×q×Ne×B（Kw）........................公式（1）

其中Q1一柴油機發(fā)熱量，Kw；

n1一柴油機工作時散向周圍空氣的熱量系數(shù)（％）；

q一柴油機燃料熱值，可取41.87Mj/Kg,

Ne一柴油機的額定功率（Kw）；

B一一柴油機的耗油率（Kg/Kwh)；

經(jīng)過量綱分析和公式的驗證可知，用公式（1)計算得出的Q1非常小，與手冊上表6一6查得的值13Kw差別很大，明顯是不合理的。再根據(jù)《人民防空工程通風空調(diào)設計》一書中給出公式如下：

Q1=0．278×Ne×B×q×n1 ........................公式（2）

● 公式（2）的應用

本工程的移動式柴油發(fā)電機組為100Kw.

Q1=0．278×Ne×B×q×n1 =0 278×100×0.23 x41.87×4％=10.7Kw

可見與查手冊表6一6所得的值13Kw比較接近。

 

3、發(fā)電機的散熱量Q2

 

● 計算公式

根據(jù)《人民防空工程通風空調(diào)設計》給出的公式（3）

 

 

其中Q2一一一發(fā)電機發(fā)熱量，Kw；

p一一發(fā)電機的額定功率（Kw）；

n2一一發(fā)電機的效率（％），通常為80％～94％，可查樣本取值；

● 公式（3）的應用

查樣本得知：當Ne=I00Kw時,P=84Kw,n2取90％，代入公式得9.3KW，所以Q1+Q2=10.7+9.3=20.03Kw

 

4、對Q1+Q2的修正

 

當柴油機工作地點的大氣壓不是標準大氣壓或相對濕度大、溫度高時，柴油機的輸出功率會發(fā)生變化，需對其輸出功率進行修正，修正系數(shù)β可查表得出。

本工程位于青島，海拔76米，查表可知，當溫度為25攝氏度，大氣壓力760mmHg，相對濕度80％時，取值0.968，所以柴油機組修正后的發(fā)熱量為：

查手冊表6一6，Q1+Q2=22.4Kw可見與公式計算得到的值比較接近。

 

5、排煙管散熱量Q3

 

● 計算公式

 

L_j = max { ( L_c+L_y+L_k ) L_j }........................公式（4）

其中qc一保溫排煙管單位長度散熱量(Kw/m);

D一排煙管道保溫外徑（m），

d一排煙管道外徑（m)；

y一保溫材料的導熱系數(shù)(W/m℃）；

a一保溫管道外表面向周圍空氣的放熱系數(shù)[W/m2℃]，一般a=11.63{W//m2℃}

ty一排煙管外壁面溫度（℃），一般取300～400℃；

tn一排煙管道周圍空氣溫度（℃），一般取35～40℃

排煙管道的散熱量為：

    

保溫排煙管在機房內(nèi)架空敷設的長度（m）

 

● 公式（4）的應用

本工程排煙管道直徑為150mm,長度9m，采用礦棉制品保溫，保溫層厚度為60mm，機房設計溫度35℃，排煙管外壁面溫度取400℃，qc=0 196Kw/(mh)，都代入公式得：

 

 

6、廢熱水熱量計算

 

柴油發(fā)電機房余熱量計算一節(jié)中，余熱量還包括柴油機的廢熱水熱量，而此項在規(guī)范和技術措施中均未提及，那么這一項究竟有多大，又是否該計入呢？

手冊中關于廢熱水熱量的計算公式如下：

其中Qf一柴油機廢熱水熱量(Kw),

£一柴油機氣缸冷卻水含熱量占燃料發(fā)熱量的百分比，柴油機滿負荷時，一般£=25～30％，一般取30％；

KB一一考慮散熱損失的安全系數(shù)，一般取0. 85；經(jīng)過量綱分析和公式驗證可知，公式的量綱有誤，公式中漏了柴油機的耗油率指標B，于是公式變?yōu)椋?/span>

將本工程的數(shù)據(jù)代入（1.6）得出的值很小，可忽略不計。

 

 

7、柴油機冷卻排熱量

 

● 計算公式

根據(jù)《人民防空工程通風空調(diào)設計》，柴油機冷卻排熱量公式為：

其中Q 4一柴油機冷卻排熱量(KW);

n一柴油機氣缸冷卻水帶走的熱量占燃料發(fā)熱量的比例，一般取30％；

KB一考慮散熱損失的安全系數(shù)，一般取0 .85；

 

● 公式（7）的應用

將本工程的數(shù)據(jù)代入上式可得：

可見此值還是很大的，設計中必須采取有效的方法進行控制和排除，在本工程設計中，將專設風管接到了柴油機空氣一水散熱器上，用以排除此部分熱量。原理圖如下：

 

 

 

機房內(nèi)的平面布置圖如下：

 

8、機房（風冷）余熱量總和

 

當柴油機的冷卻排熱量直接排到機房內(nèi)時，

此值很大，排除該熱量所需的進風量也很大，所以筆者建議將柴油機冷卻排熱量通過專用風管直接排到室外，如此，柴油發(fā)電機房的余熱量將大大減少，變?yōu)椋?/span>

 

 

四、柴發(fā)機房進風量計算

 

1、按照消除余熱計算電站進風量公式為：

Cp一一空氣的定壓比熱，取1.01KJ/（kg℃）；

p一一空氣的密度kg/m3;

就本工程而言，按照公式(1.10）計算進風量為：

 

 

2、因為本工程柴油機采用的為閉式風冷循環(huán)，散熱器排出的熱風直接從專用風道排出工程外，根據(jù)風量平衡原理，其進風量公式為：

其中Lj一按2.1節(jié)公式計算得出的進風量，m3/h；

Le一通過柴油機空氣一水散熱器的排風量（m3/h)，查樣本；

Ly一柴油機燃燒空氣量（m3/h），查樣本；

Lk一一油庫排風量（m3/h），按K≧5次/h換氣計算；

Le查樣本得知風扇轉(zhuǎn)速為2200r/min，風量為11628m3/h；燃燒空氣量查樣本得知

為396m3/h；油庫通風量為Lk=12.91×4.5×6=348.6m3/h，將各數(shù)據(jù)代入上式得：

 

五、柴發(fā)機房（風冷）排風量計算

 

計算公式

因為柴油發(fā)電機站是產(chǎn)生有害氣體的房間，機房內(nèi)應呈微負壓，實際排風量應比計算排風量稍大，故一般Lp應附加10%的裕量

 

 

本工程的計算排風量為:

 

柴油發(fā)電機散熱正確方向圖示

 

六、小結

 

若為固定式電站，設計時可考慮由建筑專業(yè)為柴油機冷卻排熱量專門設置風道，將此部分熱量排出室外，若為移動式電站，可考慮將密閉排風罩接到柴油機的空氣一水換熱器上，再由專用風管將此部分熱排出室外。總之，此部分熱量還是要排到室外去的，因為若直排到室內(nèi)，余熱量及計算進風量將大大增加，不合理也不經(jīng)濟。

 

 

 

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