摘要：企业安全运行与供电系统的可靠性密切相关，为保证电源系统的安全、稳定与持续供电，需严格按照现行规范对供配电系统进行认真规划与设计。其中，后备柴油发电机组的设计与选型是高层建筑电气设计中的关键技术难题。高层建筑造价昂贵，首层通常用于对外营业或商业展示，属黄金地带，因此柴油发电机房一般被设置于地下室。然而，地下室存在出入不便、自然通风与采光条件不良等固有缺陷，给机组的燃烧空气供给、散热排风、排烟及噪声治理带来一系列不利因素。本文从高层建筑负荷等级与供电要求出发，明确了柴油发电机组的设置原则；系统阐述了机组在启动方式、额定转速、冷却方式、励磁系统、容量计算及台数配置等方面的选型要点；深入分析了机房选址、通风散热、排烟系统、基础设计、接地保护及供油系统的关键技术要求，并给出了日用油箱容积的计算方法。分析表明，地下室柴发机房设计需统筹兼顾消防负荷与保证负荷的双重需求，合理确定机组容量与台数，科学组织进排风气流路径，严格核算排烟背压，确保机组在高温、高湿、密闭环境下仍能可靠启动与持续运行。本文可为同类工程的设计与施工提供参考。
一、柴油发电机组的设置原则
在高层建筑供电设计中，首先必须明确何种情况下应设置柴油发电机组。这需要从高层建筑的用电负荷等级出发进行分析。
1. 消防负荷的供电等级要求
高层建筑中的消防水泵、防排烟设施（含正压送风机、排烟风机）、消防电梯、应急照明及疏散指示等消防用电设备，按照《高层民用建筑设计防火规范》（GB 50045-95，2005年版）第9.1.1条规定：一类高层建筑应按一级负荷要求供电，二类高层建筑应按二级负荷要求供电。
2. 非消防重要负荷的供电等级要求
根据《民用建筑电气设计规范》（JGJ/T 16-92，现行版本为JGJ 16-2008）第3.1条规定，高层建筑中多个部位的用电负荷被划定为一级负荷，包括：一、二级旅馆的宴会厅、娱乐厅、高级客房、厨房及主要照明；重要办公建筑的客梯电力、主要办公室及会议室照明；大型百货商店的营业厅照明。其中，部分一级负荷中还包含特别重要负荷，例如重要的交通枢纽、通信枢纽以及经常用于重大国际活动的大规模人员密集公共场所等。
此外，百货商店的自动扶梯、客梯电力，部级及省级办公建筑的主要办公室与会议室照明等，被划定为二级负荷。
根据规范要求：一级负荷应由两个独立电源供电；二级负荷当条件允许时也宜由两个回路供电，特别是属于消防用电的二级负荷，必须按两个回路的要求供电。由此可见，高层建筑对供电可靠性的要求较高，设置柴油发电机组作为备用或应急电源具有充分的必要性。
3. 设置柴油发电机组的具体原则
（1）当电网能够提供两个独立电源的高层建筑，按规范已满足一、二级负荷的供电要求时，原则上可不设置柴油发电机组。但对于特别重要的高层建筑（如超高层建筑、国家级金融中心、大型数据中心），其内部含有特别重要负荷，应考虑一路电源系统检修或故障时，另一路电源系统又同时发生故障的极端情况，此时应设置柴油发电机组作为应急电源。
（2）当当地电网只能提供一路电源，或取得第二路电源存在技术困难或经济上不合理时，应设置柴油发电机组作为第二电源。在此工况下，柴发机组是作为备用电源使用，其供电范围和运行时间均需满足全部一、二级负荷的需求，而不仅限于消防应急用途。
（3）按照我国旅游饭店星级评定标准，四星级及五星级宾馆应设置自备发电系统，以确保客房服务、安防监控及食品储存等关键业务的连续性。
值得一提的是，在国内外众多高层建筑中，即使市网供电相当可靠且完全满足规范要求，建设单位仍主动设置了自备应急发电机组，其目的不仅是应对市电中断时的消防用电保障，更是为了维持大厦的基本运营秩序（如电梯、应急照明、通信系统及安防监控），避免因停电造成人员恐慌、电梯困人或经营中断等次生问题。
二、柴油发电机组的型式选择
柴油发电机组由柴油机、交流发电机、启动电机、弹性联轴器及公共底座组成。整套发电机组放置于重型钢制机座上，采用全焊接结构，可精确校正并支撑柴油机与发电机的同轴度。底座上设有吊装孔，便于运输和现场安装。在发电机组与公共底盘之间，根据机组的动载荷与静载荷参数选配适合的减振器，以大幅减少机组运行振动向建筑结构的传递。该减振器具有高频波动率小、瞬态冲击响应迅速收敛的特点，对瞬时过载工况引起的自激振动能快速衰减；其碗形上盖结构使三向刚度相等，具备良好的防剪切性能。配套的发电机具有调压精度高、动态响应性能好、电压波形畸变小、效率高、结构紧凑、维修方便、工作可靠和使用寿命长等特点。
1. 启动方式
柴油发电机启动时，必须依靠外力驱动曲轴旋转。当转速达到一定值后，气缸内的空气被压缩至足够的压力和温度，喷入气缸的燃油开始自燃，柴油发电机方可进入正常运行。
在高层建筑中，宜采用电启动方式（直流电动机启动），避免采用压缩空气启动方式（后者需要配置空气压缩机和储气罐，占用空间大且维护复杂）。一类高层建筑必须选用带自动启动装置的柴油发电机组，一旦市网供电中断，机组应在15秒内完成自启动并开始供电（《高层民用建筑设计防火规范》要求30秒内）。二类高层建筑在有条件时也宜采用带自启动装置的机组，确有困难时可采用手动启动装置，但须满足消防验收要求。
2. 额定转速
柴油发电机组按额定转速分为高速、中速和低速三类：高速机组转速≥1000 r/min；中速机组转速为300～1000 r/min；低速机组转速≤300 r/min。在高层建筑中应选用转速为1000～1500 r/min的高速机组，该类机组具有体积小、重量轻、功率密度高、运行可靠等优点，适合地下室有限的空间条件。
3. 冷却方式
柴油发电机运行过程中，燃烧室温度极高，为保证受热机件（气缸盖、活塞、缸套、增压器壳体）不受高温损害，并维持各摩擦副工作面的适宜温度，必须对受热部件进行强制冷却。冷却不良、机件温度过高时，将导致机油粘度下降、热膨胀过大甚至卡死故障；但过度冷却亦会造成机件温度过低，导致启动困难、燃烧不完全和热效率降低。
柴油发电机的冷却方式分为水冷和风冷两种。水冷机组中，一种为封闭式自循环水冷却机组，由散热水箱、水泵、柴油机水冷腔构成循环回路，散热水箱依靠机组自带风扇进行强制风冷；另一种为开式循环冷却机组，需外接冷却水源。在高层建筑地下室场景中，应选择闭式水循环冷却的整体式机组，因其占地面积和空间需求较小，且无需外部冷却水源。
4. 励磁系统
励磁系统是发电机的核心组成部分，其主要任务是维持机端电压稳定、提高电力系统稳定性及动态响应能力。高层建筑中一般选用无刷自动励磁装置（旋转励磁方式）。采用该励磁方式的发电机组与自动电压调整器（AVR）配合使用时，稳态电压调整率可控制在±2.5%以内，且能适应各种运行方式，便于实现机组自动化和远程监控。
5. 机组容量的确定
机组容量选择应首先满足稳定计算负荷的需要，该负荷包含消防负荷和保证负荷两部分：
（1）消防负荷：包括消防水泵、喷淋泵、排烟风机、正压送风机、消防电梯、应急照明及防火卷帘等，其容量按火灾时同时投入的最大消防设备组合计算。
（2）保证负荷：当市电停电但未发生火灾时，为保证大厦基本秩序所需的负荷，包括应急照明、客梯电力、生活水泵、安防监控、通信电源及重要办公照明等。
在民用建筑中设置柴油发电机组，通常首先作为消防用电设备的备用电源。市电停电即联锁启动发电机组，但由于市电停电概率远大于火灾概率，机组启动并不意味火灾发生。非消防工况下，若开启的发电机组仅负担应急照明等小部分负荷，而对其他非消防重要保证负荷（如客梯、生活水泵等）无法兼顾，则势必造成机组容量严重闲置和资源浪费。
因此，在低压配电系统设计时，应在满足火灾时消防负荷需求的前提下，充分考虑停电而非火灾时发电机对保证负荷的供电。推荐做法是将保证负荷集中挂接在发电机应急母线段上，消防时由火灾联动信号将保证负荷的总开关分励脱扣。机组容量应分别计算消防负荷与保证负荷，取二者中的较大值作为选型依据，以同时满足消防部门及建设方的相应要求。
6. 机组台数配置
由于柴油发电机组是第二电源或第三电源，原则上无需再为其设置备用机组，即一个工程可只设一台。若计算容量过大（接近或超过1000 kW），可考虑设置两台机组，两台可并联运行且互为备用。柴油发电机组的单台容量不宜大于1000 kW，超过此限值时建议采用多机并联方案，以提高运行灵活性和故障冗余度。
三、柴油发电机房设计要点
现代高层建筑中，柴油发电机大多安装于专用隔音降噪机房内，其平面与立面设计如图1、图2所示。
1. 机房选址
考虑到柴油发电机组的进风、排风及排烟需求，在条件允许时应优先将机房设于首层靠外墙部位。然而，高层建筑首层通常用于商业营业或大堂接待，属高价值黄金地带，因此机房绝大多数设于地下室或设备层。
机房选址应遵循以下原则：
（1）不应设在四周无外墙的房间，以便为热风管道和排烟管道导出室外创造条件。
（2）应尽量避开建筑物的主入口、正立面等部位，以免排烟、排风及噪声对建筑形象和环境造成不良影响。
（3）应重视机组噪声对周边功能房间（如会议室、客房、病房）的干扰，必要时设置隔声夹层或浮筑地台。
（4）宜靠近变电所，便于低压出线电缆的敷设连接，减少线路损耗并方便运行管理。
2. 通风设计
地下室机房通风问题是设计的重中之重，若处理不当将直接导致机组散热不良、出力下降甚至高温停机。
（1）排风系统：机组的排风应通过热风管道直接引出室外，不允许将散热器热量散入机房内再由排风机抽出，否则将造成热风回流和温度叠加。
（2）新风补充：机房内须有足够的新风补充。机组运行时，机房换气量应不小于柴油发电机燃烧所需新风量与维持机房室温所需新风量之和。维持室温所需新风量按下式计算：
式中，——需要的新风量，m³/s；——柴油发电机额定功率，kW；——机房允许温升，°C（一般取5～8 °C）。
维持燃烧所需新风量可向机组厂家索取，若无资料时可按每千瓦功率需0.1 m³/min估算（柴油发电机功率按发电机主发电功率的1.1倍配备）。
（3）进排风口布置：进风口与出风口宜分别布置于机组的两端，以形成穿堂气流，避免气流短路。出风口、进风口面积应满足以下经验要求：
式中，——柴油发电机散热器的有效散热面积，m²；——出风口面积，m²；——进风口面积，m²。
在寒冷地区，应重视进风口、排风口在停机期间对机房温度的影响，防止温度过低导致启动蓄电池失效或润滑油粘度过大。风口与室外连接处应设置可自动启闭的风门，平时保持关闭，机组运行时联锁开启。
3. 排烟系统设计
排烟系统的主要功能是将气缸燃烧后的废气顺畅排出室外，系统总背压应不大于柴油机制造商允许的最大排气背压（通常不超过6.7 kPa），否则会导致功率下降和排温升高。
排烟管敷设方式常见有两种：
（1）水平架空敷设：优点是转弯少、阻力小，缺点是增加室内散热量，使机房温度升高，但在地下室中普遍采用。
（2）地沟内敷设：优点是室内散热量小，缺点是排烟管转弯多、阻力相对较大且检修不便。
排烟管应尽量缩短长度、减少弯头数量，并单独引出室外，避免与其他管道共井。排烟温度通常在350～550 °C之间，为防止烫伤和减少辐射散热，排烟管道必须进行保温隔热处理（采用硅酸铝纤维毡或岩棉管壳，厚度≥50 mm，外包铝箔或镀锌铁皮）。排烟噪声是机组总噪声中最强烈的成分，必须安装高效工业消音器（阻抗复合式），以将排烟口噪声控制在环保标准允许范围内。
4. 基础设计
基础用于支撑柴油发电机组及公共底座的全部重量。在高层建筑地下室场景中，一般采用高速机组。当机组安装在楼板上（即不在建筑最底层）时，不应采用重型混凝土基础，以免基础过重导致楼板超载；此时宜采用弹簧减振器与轻型钢基础相结合的方案。当机组位于建筑物底层且下方为回填土层或地基时，应按机组制造商要求设置钢筋混凝土基础，地脚螺栓可预埋或待机组到货后钻孔安装。
5. 机房接地系统
柴油发电机房一般需设置三种接地：
（1）工作接地：发电机中性点直接接地，为三相四线制系统提供参考零电位。
（2）保护接地：所有电气设备正常不带电的金属外壳（如机组壳体、控制柜、电缆桥架）可靠接地，防止绝缘损坏时发生电击事故。
（3）防静电接地：燃油系统的储油罐、输油管道及日用油箱等金属设施接地，消除燃油流动产生的静电积聚。
上述各种接地可与高层建筑的其它接地系统（如防雷接地、弱电接地）共用接地装置，即采用联合接地方式，联合接地电阻应不大于1 Ω。
6. 供油系统设计
（1）总体配置：为满足柴油发电机组的持续用油要求，依据《电子信息系统机房设计规范》（GB 50174-2014）及《建筑设计防火规范》（GB 50016-2014）的相关规定，在柴油发电机房内每台机组均单独设置日用油箱间，日用油箱有效容积为1 m³（原文误为“1m²”，予以修正）。配套设置地下储油罐及油泵自动供油系统，储油罐总容量应满足机组满载运行不少于72小时的用油需求。
（2）液位控制与联锁逻辑：各日用油箱均设置液位控制仪。当油位降至低液位时，供油泵自动启动，将室外储油罐内的柴油输送至日用油箱；当油位上升至高液位时，供油泵自动关闭。当油位超出设定正常范围时，液位报警器发出声光信号；当油位超过超高液位、或柴油发电机发生故障、或火灾自动报警系统发出联动信号时，排油电磁阀自动开启，将日用油箱内的柴油排至室外储油罐，确保消防安全。
（3）油路循环：日用油箱直接向柴油发电机供油，机组回油回流至日用油箱循环使用。日用油箱底部设有排油管和溢油管，连接至溢油桶；溢油桶安装液位显示器，当油位达到高位时，可通过手摇泵将溢油泵回日用油箱，避免柴油浪费。
（4）日用油箱容积计算：
式中，——日用油箱容积，m³；——柴油发电机燃油消耗率，kg/h（由机组样本数据查取）；——燃油重度，轻柴油一般取810～860 kg/m³；——油箱充满系数，一般取0.90；——供油持续小时数，一般取3～8 h。
当机房设于高层建筑内时，日用油箱应布置于独立的专用房间内，采用耐火极限不低于2.0 h的防火墙与柴油发电机间隔开，并配置可燃气体探测报警及自动灭火系统。
|
图1 发电机房平面设计图 |
图2 发电机房立面布置图 |
总结
高层建筑地下室柴油发电机组的设置应从负荷等级出发，按照规范要求结合市网供电条件合理确定是否设置及配置容量。机组选型应以电启动、高速、闭式水冷、无刷励磁为基本原则，容量取消防负荷与保证负荷的大值，单台容量不宜超过1000 kW。机房设计中，通风散热与排烟背压控制是两个核心难题，需精确核算进排风面积及排气管道当量长度；供油系统应满足72小时连续运行要求，日用油箱液位联锁逻辑必须可靠。此外，基础减振、接地保护及噪声治理也需统筹考虑。本文所述方法适用于0.4 kV低压柴油发电机组，对于6 kV或10 kV高压发电机组，其机房环境要求、空间面积及配电系统（含高压进线柜、出线柜、PT柜、接地电阻柜等）完全不同，设计时请与设备供应商进行专项技术对接。
----------------
以上信息来源于互联网行业新闻，特此声明！
若有违反相关法律或者侵犯版权，请通知我们！
温馨提示：未经我方许可，请勿随意转载信息！
如果希望了解更多有关柴油发电机组技术数据与产品资料，请电话联系销售宣传部门或访问我们官网：https://www.11fdj.com
