民用建筑柴油发电机房的通风与冷却设计.doc

民用建筑柴油发电机房的通风与冷却设计民用建筑柴油发电机房的通风与冷却设计华东建筑设计研究院杨子学【摘要】阐述了柴油发电机房的几种冷却方式和散热量的构成,并根据不同冷却方式的特点,论述了通风设计的方法及其特点.【关键词】柴油发电机房散热量通风冷却随着我国高层民用建筑的不断增加,柴油发电机组作为大型公共建筑的应急备用电源,目前已得到广泛应用.由于柴油发电机房的噪声对周围环境的影响以及地价的昂贵,民用建筑的柴油发电机房一般设置于地下室.因机房空间狭小,而机组的散热量又相对较大,所以民用建筑柴油发电机房的通风与冷却系统的设计非常重要,本文结合实际工程设计实例,对柴油发电机房的通风与冷却设计进行探讨.1柴油发电机房概述柴油发电机房的选址应考虑柴油发电机组的进风,排风,排烟等情况,如果有条件的话,最好设置在一层,但是,大多数业主不愿把一层作为设备用房,因此,机房一般设置在地下室.由于地下室进风出风竖井面积有限,自然通风不易实现,通常设计为竖井机械排风系统结合自然或机械进风的方案.设计时应注意以下几点:机房至少要有一面靠外墙,且最好是建筑物的反面,以便处理设备的进出口通风和排烟;注意柴油发电机噪声对周围环境的影响;宜靠近建筑物的配电所,这样便于接线,减少电能损耗;不要设在厕所,浴室等潮湿场所的下方或相邻房间,以免渗水影响机组的运行.柴油发电机房通常有柴油发电机组,日用油箱间,进风排风竖井,烟囱,油路系统,冷却系统和通风系统.柴油发电机组由柴油机,发电机,智能启动控制系统,柴油机冷却系统?26?组成,是一个全自动控制的产品.2柴油发电机组的冷却方式和散热量(1)柴油发电机组的冷却方式柴油发电机组的冷却方式系统包括两部分:内部冷却系统和外部冷却系统.内部冷却系统是指对柴油机汽缸的冷却,一般采用闭式水冷却循环方式,由循环泵,水管,汽缸水套,换热器组成,其作用是把汽缸的热量,通过水转移到换热器.它作为柴油发电机组成品的一局部,随机组配套;而外部冷却系统作用是把内部冷却系统换热器的热量转移至室外.外部冷却系统分为风冷却系统和水冷却系统.水冷方式是利用水作为介质把热量转移,风冷是利用空气作为介质把热量转移.图1,2,3是水冷方式原理图;图4,5是风冷方式原理图.图1是利用河水或井水直流换热的系统,这种系统要求水质总硬度在3.5mg/L以下,悬浮物在20mg/L以下;图2是利用冷却塔的循环水流经换热器进行水水换热的系统,这两种方案室外环路的水温受季节变化的影响很大,冬季结冰时,需考虑防冻措施,否那么无法运行,北方较少采用这两种冷却方式.图3是利用中水进行水水换热的系统,不仅降低了循环冷却水的取水费用,而且减少了生活污水对环境的污染,笔者在天津某建筑中尝试采用中水冷却方式,采用建筑本身提供的中水和当地中水厂的中水进行切换提供冷却水量,效果良好.图4是利用远置式冷却水箱的循环水流经换热器进行水水图1直流式水冷方式原理图图2冷却塔水冷方式原理图图3中水水冷方式原理图换热的系统,其优点是:余热直接排向大气,机房余热小,对通风降温设计有利.缺点是:室外装置要占据一定位置和空间;受季节气温变化的影响大;目前工程中多采用图5所示的整体式风水换热方式,其优点是:系统简单,管理方便,受外界因素的影响小;缺点是:换热器热量排除比拟困难.通常工程设计中是指外部冷却系统的设计,即指对柴油机散热器的冷却系统的设计.水冷方式的特点是:水的比热容是空气的4.16倍,因此水的冷却性能大大高于空气.采用水冷可以减小管道的断面积,减少外部循环动力的消耗,同时降低噪声.风冷方式的特点是:机组外表温度高,风速大,辐射散热比水冷机组大,全部热量都散发到机房内.因此,机组周围的空气环境差,一般高层建筑和地下空间的电站不用风冷机组.没有特殊需要时,均采用水冷机组;但水冷机组的水冷循环泵及冷却塔的位置也不易解决.而风冷系统只要把排风管接人排风井并联动柴油机的自带冷却风机开启即可.因此,水冷冷却系统多了冷却泵,冷却塔的联动,其可靠性不如风冷机组.(2)柴油发电机组的散热量柴油发电机组散发的热量主要由以下几局部组成:气缸传递给冷却水的热量Q,柴油发电机向尾气的传热量Q2,柴油机对周围空气的传热量Q,发电机对周围空气的传热量Q4,保温后的排烟管向室内的散热量Qs.根据冷却方式的不同,传递给冷却水的热量由外循环的水或空气带走,而传递给尾气的热量由排烟管引至高空进行排放.柴油发电机组散入机房内的总热量为Q.:Q.=Q3+Q4+Q5有文献说明,气缸传递给冷却水的热量Q.比Q.大很多,所以不同冷却方式时,换热器排除的热量Q对机房的温度影响很大.3柴油发电机房的通风设计对柴油发电机房作吸声,隔声处理之后,机房处于全密闭状态,机房内通风不畅,因此图4冷却水箱风冷方式原理图图5整体式风冷方式原理图?27?必须设置专门的进,排气口.机房设置通风有3个作用:消除机房内余热;降低有害物浓度;提供柴油机燃烧所需的空气.假设采取全面通风措施,那么机房通风量应为三者的最大值,下面从三方面对机房通风量进行分析和计算.1)按消除余热计算所需的空气量机房内总散热量为柴油发电机的发热量与机房内的排气管散热量之和,当采用水冷却时,送风量为消除余热所需换气量与燃烧空气量之和.假设采用一台功率为l000kW的柴油发电机,冷却方式为水冷,机组总辐射热为596O0okJ/ll,燃烧空气量为95mS/rain.由?供暖通风设计手册?查表可得所需的空气量:向?()式中:L_全面通风换气量,m3/h;Q一余热量,l【J/ll;C一空气的比热容,1.01kJ/(kg.k);进入空气密度,1.2kg/mS;t排出空气的温度,取40oc;t广一进入空气温度,取32.代入各数得:61470(m3/h)2)按稀释有害物浓度计算空气量经分析机房内产生的主要有害气体是CO.CO气体的发生量G可按式(2)计算:G=N(3kJ+3ok2)(2)式中:N一柴油机额定功率,1000kW;kl一汽缸系数,mg/(kW?h);l油箱系数,mg/(kW?h).取k1=l.07,k2=1.74代入式(2),得G=55410mg/h为保持室内CO浓度于环境卫生可容许的浓度范围内,所需的稀释空气量可按式(3)计算:,(3)?28?式中:G一室内有害物散发量,55410mg/h;C广室内有害物最高容许浓度,30mg/m3;Ci一进入空气中有害物浓度,3.0mg/m.代人式(3)可计算出L=2052mS/h3)按燃烧所需空气量计算据?供暖通风设计手册?可知1Oo0kW柴油发电机燃油率为228g/(kW?h),每油需要空气量为15kg,进而得L=3420m3/h.通过以上计算,可知消除余热所需空气量最大,因此该机房通风换气量L为596000+95x60=601700m.4结语(1)对水冷柴油发电机机房,为强化这种向上热流,考虑机房内的气流组织时,送风口布置在柴油发电机底部四周,排风口布置在柴油发电机顶部正上方最高处.(2)对风冷柴油发电机机房,考虑机房内的气流组织时,机房内的气流组织应这样考虑:送风口应设置在发电机的端头,以产生水平方向的吹吸式气流,将上升热流诱导后经柴油机上的排风扇加压从风管中直接排至室外.(3)柴油发电机组排烟系统是将柴油机气缸燃烧后的废气排到室外,排烟系统应尽量减少背压,因为废气阻力增加会导致柴油发电机组出力下降和温升增加.(4)高层建筑地下室多数用作洗衣房和管理人员办公室,有些工程机房出入口的门采用普通门,机组运行时地下室噪声很大,人员很难静下来工作.所以机房应设隔声套间,同时设二道隔声门.参考文献:【1】.陆耀庆.供暖通风设计手册.北京:中国建筑工业出版社.1987.【2】.中国建筑设计研究院.GB500382005人民防空地下室设计标准【s】.北京:中国建筑工业出版社,2005【3】.GB5004595高层民用建筑设计防火标准.