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机房设计与设备安装 |
人民防空工程的柴油发电机房通风设计 |
柴油发电机要正常运行必须要有适宜的温湿度环境，否将影响发电机组的发电效率，电站的通风降温系统就是为柴油发电机提供适宜的空气环境而设置，是保障电站正常运的必要设施。结合实际工程设计中遇到的问题，本文就柴油发电机房（风冷）的通风设计思路及方法作以阐述。
一、前言
人民防空工程是战时掩蔽人员、物资，以及保护人民生命财产安全的重要场所，也是实施人民防空最重要的物质基础，在现代战争条件下，核、生、化和常规武器对工程的毁伤已成为防护重点。由于战时外部电力供应很容易遭到敌人破坏，因此要求人防重点工程设置备电源一一一柴油发电站，现行规范《人民防空地下室设计规范》CB，38一2m5（以下简称规范）第7．7．2条中有详细规定。电站设置的目的就是当外电源遭到破坏后依靠内部的电源保障工程内部动力、照明、通讯等设备的正常运转。
柴油发电机要正常运行必须要有适宜的温湿度环境。否则将影响发电机组的发电效率，規范中对柴油发电机房的湿度要求为：当人员直接操作设备时，机房内温度不大于35摄氏度，当人员隔室操作时温度不大于摄氏度，电站控制室温度不大于30摄氏度，相对湿度不大于75％。电站的通风降温系统是为柴油发电机提供适宜的空气环境而设置，是保障电站正常运转的必要设施。
战时清洁通风时，柴油发电机房的进排风量的计算规范中第5 7．2条有明确的規定：当柴油发电机房采用空气冷却时（即风冷），按除柴油发电机房内余热量计算进风量；当柴油发电机房采用水冷却时（即水冷），按排除柴油发电机房内有害气体所需的通风量经计算确定。结合实际工程设计中遭到的问题，本文就柴油发电机房（风冷）的通风设计思路及方法作以述。
柴发机房进通风设计图
二、案例简介
以深圳某小区的人防地下室为例，平战结合，战时为核六级、常六级二等人员掩蔽所，平时为地下车库，停车，12辆属于三类地下车库。本工程人防建筑面积：4355平方米，建筑层高4.5米，根据建筑专业的分隔，战时人防划为三个防护单元，每个防护单元的有效人员掩蔽面积和掩人员数量分别为：第一单元1567平方米、1567人；第二单元1574平方米、1320人，第三单元1214平方米、1214人。
在第一防护单元中设有移动式电站，该电站中有容量为100Kw的移动式发电机一台，作为战时的备用电源，发电机组参数如下：
（1）额定功率100Kw；
（2）燃烧空气量396立方米/小时；
（3）柴油机机头风扇转速2200r/Min；
（4）排风量为11628立方米/小时；
（5）排烟管
三、 柴发机房余热量计算
1、机房余热量的计算
要确定柴油发电机房（风冷）余热量的计算算范围，不妨先了解一下柴油机内部循环的原理：
柴油机的内部水循环大致可分为三类：闭式水循环、开式水循环和混合水循环。其中闭式水循环又可分为闭式风冷和闭式水冷，所渭的闭式风冷是指柴油机冷却水在柴油机前部的表面式空气—水换热器和柴油机内部的冷却系统组成的封闭管路内循环，散热器与柴油机组成一个整体，如下图所示：
闭水式循环冷却原理图（风冷）
规范第5.7.4条规定：柴油发电机房内的余热量应包括柴油机、发电机和排烟管道的散热，即Qyu=（Q1+Q2）β+Q3,笔者认为这种说法是不严密的，因为当柴油机为闭式水循环（风冷）时，如果空气一水换热器排出的热量直接进入机房内的空气中，则此部分冷却排热量Q4也应计入到机房的余热量中，即Qyu=（Q1+Q2）β+Q3+Q4，因为冷却排热量值较大，一般为Q1+Q2的3. 5倍左右，设计中需对这部分热量采取有效的方法进行控制和排除。
2、柴油机散热量Q1
● 计算公式
规范中没有列出Q1的计算公式，《全国民用建筑工程设计技术措施一防空地下室》（以下简称措施）第4.3.5条和《防空地下室设计手册一暖通、给水排水、电气分册》（以下简称手册）第2页公式6一6是统一的，公式如下：
Q1=1.5×10-4×n1×q×Ne×B（Kw）........................公式（1）
其中Q1一柴油机发热量，Kw；
n1一柴油机工作时散向周围空气的热量系数（％）；
q一柴油机燃料热值，可取41.87Mj/Kg,
Ne一柴油机的额定功率（Kw）；
B一一柴油机的耗油率（Kg/Kwh)；
经过量纲分析和公式的验证可知，用公式（1)计算得出的Q1非常小，与手册上表6一6查得的值13Kw差别很大，明显是不合理的。
Q1=0．278×Ne×B×q×n1
● 公式（2）的应用
本工程的移动式柴油发电机组为100Kw.
Q1=0．278×Ne×B×q×n1
可见与查手册表6一6所得的值13Kw比较接近。
3、发电机的散热量Q2
● 计算公式
根据《人民防空工程通风空调设计》给出的公式（3）
其中Q2一一一发电机发热量，Kw；
p一一发电机的额定功率（Kw）；
n2一一发电机的效率（％），通常为80％～94％，可查样本取值；
● 公式（3）的应用
查样本得知：当Ne=I00Kw时,P=84Kw,n2取90％，代入公式得9.3KW，所以Q1+Q2=10.7+9.3=20.03Kw
4、对Q1+Q2的修正
当柴油机工作地点的大气压不是标准大气压或相对湿度大、温度高时，柴油机的输出功率会发生变化，需对其输出功率进行修正，修正系数β可查表得出。
本工程位于青岛，海拔76米，查表可知，当温度为25摄氏度，大气压力760mmHg，相对湿度80％时，取值0.968，所以柴油机组修正后的发热量为：
查手册表6一6，Q1+Q2=22.4Kw可见与公式计算得到的值比较接近。
5、排烟管散热量Q3
● 计算公式
Lj = max { ( Lc+Ly+Lk ) Lj }........................公式（4）
其中qc一保温排烟管单位长度散热量(Kw/m);
D一排烟管道保温外径（m），
d一排烟管道外径（m)；
y一保温材料的导热系数(W/m℃）；
a一保温管道外表面向周围空气的放热系数[W/m2℃]，一般a=11.63{W//m2℃}
ty一排烟管外壁面温度（℃），一般取300～400℃；
tn一排烟管道周围空气温度（℃），一般取35～40℃
排烟管道的散热量为：
保温排烟管在机房内架空敷设的长度（m）
● 公式（4）的应用
本工程排烟管道直径为150mm,长度9m，采用矿棉制品保温，保温层厚度为60mm，机房设计温度35℃，排烟管外壁面温度取400℃，qc=0 196Kw/(mh)，都代入公式得：
6、废热水热量计算
柴油发电机房余热量计算一节中，余热量还包括柴油机的废热水热量，而此项在规范和技术措施中均未提及，那么这一项究竟有多大，又是否该计入呢？
手册中关于废热水热量的计算公式如下：
其中Qf一柴油机废热水热量(Kw),
£一柴油机气缸冷却水含热量占燃料发热量的百分比，柴油机满负荷时，一般£=25～30％，一般取30％；
KB一一考虑散热损失的安全系数，一般取0. 85；经过量纲分析和公式验证可知，公式
将本工程的数据代入（1.6）得出的值很小，可忽略不计。
7、柴油机冷却排热量
● 计算公式
根据《人民防空工程通风空调设计》，柴油机冷却排热量公式为：
其中Q 4一柴油机冷却排热量(KW);
n一柴油机气缸冷却水带走的热量占燃料发热量的比例，一般取30％；
KB一考虑散热损失的安全系数，一般取0 .85；
● 公式（7）的应用
将本工程的数据代入上式可得：
可见此值还是很大的，设计中必须采取有效的方法进行控制和排除，在本工程设计中，将专设风管接到了柴油机空气一水散热器上，用以排除此部分热量。原理图如下：
机房内的平面布置图如下：
8、机房（风冷）余热量总和
当柴油机的冷却排热量直接排到机房内时，
此值很大，排除该热量所需的进风量也很大，所以笔者建议将柴油机冷却排热量通过专用风管直接排到室外，如此，柴油发电机房的余热量将大大减少，变为：
四、柴发机房进风量计算
1、按照消除余热计算电站进风量公式为：
Cp一一空气的定压比热，取1.01KJ/（kg℃）；
p一一空气的密度kg/m3;
就本工程而言，按照公式(1.10）计算进风量为：
2、因为本工程柴油机采用的为闭式风冷循环，散热器排出的热风直接从专用
其中Lj一按2.1节公式计算得出的进风量，m3/h；
Le一通过柴油机空气一水散热器的排风量（m3/h)，查样本；
Ly一柴油机燃烧空气量（m3/h），查样本；
Lk一一油库排风量（m3/h），按K≧5次/h换气计算；
Le查样本得知风扇转速为2200r/min，风量为11628m3/h；燃烧空气量查样本得知
为396m3/h；油库通风量为Lk=12.91×4.5×6=348.6m3/h，将各数据代入上式得：
五、柴发机房（风冷）排风量计算
计算公式
因为柴油发电机站是产生有害气体的
本工程的计算排风量为:
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柴油发电机散热正确方向图示 |
六、小结
若为固定式电站，设计时可考虑由建筑专业为柴油机冷却排热量专门设置风道，将此部分热量排出室外，若为移动式电站，可考虑将密闭排风罩接到柴油机的空气一水换热器上，再由专用风管将此部分热排出室外。总之，此部分热量还是要排到室外去的，因为若直排到室内，余热量及计算进风量将大大增加，不合理也不经济。
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