摘要： 柴油发电机房是公共建筑中的重要功能房间，保障消防、排烟、应急照明及重要场所的正常运转。本文系统阐述发电机房的位置选择与布置要点，详细说明进排风系统的风量计算与风口面积要求，介绍排烟管道的设计原则与消声保温措施，提供日用油箱容积计算公式，并说明混凝土基础的施工要求及工作接地、保护接地和保护接零三种接地方式的目的与原理，为发电机房的设计与施工提供技术参考。
一、发电机房选择和布置
1. 机房位置选择
考虑到发电机房的进风、排风、排烟等情况，根据《民用建筑电气设计规范》的要求，柴油发电机房最好设在首层。但是，通常大型公共建筑、商业高层建筑造价昂贵，特别是首层通常用于对外营业，属黄金地带，并且首层会给周围环境带来一定的噪音，因此机房一般都设在地下室。
由于地下室出入不便、自然通风条件不良，给机房设计带来一系列不利因素，下面罗列了地址选择的注意点：
（1）四周无墙的不要设置，这样不利于为热风管道和排烟管道导出室外创造条件；
（2）建筑物的主入口、正立面等部位也不是合适位置，以免排烟、排风对其造成影响；
（3）注意噪音对环境的影响；
（4）厕所、浴室或其他经常积水场所的正下方和邻近也不合适；
（5）宜靠近建筑物的变电所，这样便于接线，减少电能损耗，也便于运行管理；
（6）防微振的房间也是需要避免的；
（7）燃油需要单独的隔间储存，不要跟发电机组放一个房间。
2. 机房的布置要点
图1和图2分别给出了发电机房三维图和布置方案，同时应满足以下内容：
（1）柴油发电机房应采用耐火极限不低于2小时的隔墙和1.5小时的楼板与其他部位隔开。
（2）机房应有两个出入口，其中一个出入口的大小应能满足搬运机组的要求，门应该采用防火隔音门，并且向外开。
（3）机房四周墙体及天花板做吸声处理，吸收部分声源，减少由于声波产生的混响。
（4）机房内设备的布置应满足《民用建筑电气设计规范》的要求，力求紧凑、保证安全及便于操作和维护。
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图1 柴发机房三维立体图 |
图2 柴油发电机房布置方案 |
二、进排风系统设计
柴油发电机组运行及冷却需要大量空气，有资料建议自然进风口总面积至少是机组散热器排风面积的2倍，自然排风口的面积应为散热器排风面积的1.5倍，无风道时散热器距离排风口不超过150mm，为防止热空气再循环，超过此距离则需安装相应的风道。
1. 新风量的计算与要求
（1）维持室温所需新风量由下式计算：
式中：C为需要的新风量（m³/s）；P为柴油机额定功率（kW）；T为机房温升（℃）。该公式反映了机房散热需求与通风量的直接关系，温升越低或功率越大，所需新风量越大。
（2）维持柴油机燃烧所需新风量可按每千瓦制动功率需要0.1m³/min计算（柴油机制动功率按发电机主发电功率千瓦数的1.1倍配备）。对于增压柴油机，由于进气量更大，燃烧所需新风量应适当增加。
（3）机房总新风量应为“维持室温所需新风量”与“维持燃烧所需新风量”之和，二者缺一不可。在计算总进风量时，还需考虑海拔高度的影响，海拔每升高1000m，空气密度下降约10%，应相应增加进风量。
（4）进风百叶窗的有效面积因叶片角度和间距不同而有所差异，通常百叶窗的净通风面积仅为外形面积的50%～70%，设计时应按实际有效面积核算。
2. 进排风面积的确定
（1）机房的出风口、进风口的面积应满足下式要求：
式中：S为柴油机散热器有效散热面积；S1为出风口面积；S2为进风口面积。进风口面积大于出风口面积，可保证机房内维持正压，有利于热空气顺利排出。
（2）进风口与出风口宜分别布置在机组的两端，以免形成气流短路，影响散热效果。进风口宜设在发电机端或发电机两侧，排风口宜正对散热器出风方向。
（3）当机房空间受限需采用机械通风时，风机选型应满足机房总风量要求，风机全压应克服进排风道、百叶窗及消声器的总阻力损失。
三、排烟管道设计
柴油发电机燃烧废气需经排烟管道单独引出地面排出，应尽量做到排烟管道长度最短及方向改变次数最少，整个排烟系统的背压应低于允许值，柴油机的排烟口与排烟管道的连接宜采用柔性连接以吸收热膨胀、位移和振动，当连接两台或两台以上机组时，排烟支管上宜装设单向阀。
1. 排烟管道的布置原则
（1）在设计排烟管道的时候尽量缩短烟管长度，减少弯头个数，减少消声器阻力及烟管直径。每增加一个90°弯头相当于增加3～5m直管阻力，弯头总数不宜超过3个。
（2）所有的排烟管路都应有良好支撑和固定。无支撑的管路不能安装在机组歧管或机组增压出口处，以免振动和热应力损坏连接部位。
（3）尽可能缩短排烟系统长度，从而减少系统的阻力（背压），便利于烟气排放，减少气体冷凝机会，降低烟气程度。排烟背压一般不应超过制造商规定的最大值（通常为5～10kPa）。
2. 排烟管的柔性连接与防雨措施
（1）烟管与机组之间应安装软连接（波纹管），以吸收管道的热胀冷缩、机组的位移及振动，减少烟管对机组及烟管之间的重压；软连接应尽可能靠近机组排烟出口（增压器或排气歧管）。软连接的长度应根据热膨胀量计算确定，一般每10m直管段的热膨胀量约为12～15mm（温差500℃时）。
（2）排烟管终端应安装防雨帽、遮盖物及其他防雨设计以防止雨水进入。防雨帽的出口截面积不应小于排烟管截面积的1.5倍，以避免增加背压。
（3）接近机组的烟管部分应安装有冷凝水收集器及排水阀。水平烟管应设0.3%～0.5%的坡度坡向室外，最低点安装排污阀，定期排放凝结液。
3. 排烟系统的独立性与消声保温
（1）机组不能与火炉、锅炉或者其他设备共用排烟管道。运行中设备排放的炭尘、冷凝物的堆积会对非运行机组造成损害，被动驱动的增压器因缺乏润滑将导致轴承故障。
（2）排烟管应设置消声器，其一级消声器尽可能靠近发电机组。消声器可降低发电机组运行时噪声。对于降噪要求较高的场所，应采用一级消声器加二级消声器串联的方式。
（3）排烟温度在350～550℃，为防止烫伤和减少辐射热，排烟管宜进行保温处理，其表面温度不应超过60℃。保温层厚度应根据排烟管外径和表面温度按规范选用（参见保温层厚度选择表）。
四、日用油箱间
根据《民用建筑电气设计规范》的规定按柴油发电机运行3～8小时设置燃油箱，而民用建筑防火规范要求更严格，应在机房内设置专用的储油间，内设日用油箱，其总存储量不应超过8小时的需要量。
1. 日用油箱的容积计算
日用油箱的容积计算公式：
式中：V为日用油箱容积（m³）；G为柴油机燃油消耗量（kg/h），由样本查出；r为燃油密度（kg/m³），轻柴油为810～860kg/m³；A为油箱充满系数，一般取0.90；T为供油时间，一般取3～8小时。
（1）燃油消耗量G的确定：可按发电机额定功率与燃油消耗率的乘积计算，通常康明斯发电机组燃油消耗率约为200～210g/kWh。
（2）油箱充满系数A的选取：考虑到油箱顶部需要留出膨胀空间和通气空间，充满系数一般取0.85～0.90，不应取1.0。
（3）当机房内储油间容积受限时，可采用集中供油方式，在室外设置埋地油罐，通过输油泵向日用油箱补油。
2. 储油间的防火与安全要求
（1）储油间应采用耐火极限不低于3.00h的防火隔墙与发电机间隔开，门应采用甲级防火门。
（2）油箱应密闭，设通向室外的通气管，通气管上装配带阻火器的呼吸阀，防止火焰通过通气管进入油箱。
（3）油箱下部应设置防止油品流散的设施（如集油盘或挡油坎），储油间门口应设不低于150mm的不燃烧门槛，防止泄漏的燃油流出储油间。
（4）储油间内应设置燃油液位监测及报警装置，高液位时报警，防止加油时溢流。
五、发电机组基础
基础主要用于支撑柴油发电机组及底座的全部重量，底座位于基础上，机组安装在底座上，底座上一般都采取减震措施（如图3所示）。若机房内地面不能满足承载力要求，则可采用混凝土基础安装，这是一种简单可靠、成本低廉的安装方法。该混凝土基础通常应高出普通地面约100～200mm（如图4所示），使其形成一个基座。
1. 混凝土基础的施工要求
在浇注混凝土基础平台时，应注意：
（1）确保混凝土基础水平。基础顶面的水平度偏差不应大于1/1000，否则会影响机组底座的安装和减振器的受力均匀性。
（2）确保基础平台有足够的承载发电机组的能力。基础的承载能力应不小于发电机组（含底座及附属设备）总重量的1.5～2倍，并考虑动载荷系数。
（3）基础周围应预留电缆沟和油管沟，便于后续管线连接。电缆沟应有不小于1%的坡度和排水措施。
（4）基础表面应进行防油和防水处理，防止油污渗入混凝土内部，影响基础强度和使用寿命。
（5）基础内部应根据机组地脚螺栓的位置预埋地脚螺栓套管或预留安装孔，便于机组就位后的固定。
（6）基础四周应设置排水沟或集水坑，保证机房内积水能及时排出。
2. 基础的承载计算与验收
（1）通常混凝土安装基础是一种可靠简便的安装方式，建议用户优先采用。混凝土标号不应低于C20，基础深度应根据发电机组的重量和地质条件确定，一般不小于300mm。
（2）对于软弱地基，应先进行地基加固处理（如换填、夯实或打桩），再进行混凝土基础浇注。
（3）当浇注混凝土底座时，应确保混凝土顶面相当平整、没有任何损伤。建议用户结合使用水平仪或类似仪器进行机组及排气系统的安装。基础浇注后应养护至少7天，达到设计强度后方可安装发电机组。
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图3 柴油发电机组混凝土基座制作 |
图4 柴油发电机组地面基础示意图 |
六、发电机组接地
为了确保人身安全和电力系统工作的需要，对发电机组接地有严格的要求。其接地方式有工作接地、保护接地和保护接零三种。
1. 工作接地
工作接地是将中性点接地，其目的是：
（1）降低触电电压。对于中性点不接地的系统，当一相接地而人体触及另外两相之一时，触电电压为相电压的1.7倍以上；而对于中性点接地系统，触电电压就降到接近或等于相电压。
（2）迅速切断故障设备。对于中性点不接地的系统，当一相接地时，由于导线和地面存在电容和绝缘电阻，可以构成电流通路，接地电流很小，不足以使保护装置动作而切断电源，不能确保人身安全。而对于中性点接地的系统，当一相接地后接地电流较大，保护装置会迅速动作，断开故障点。
（3）降低电气设备对地的绝缘水平。在中性点不接地的系统中，当一相接地时，将会使另两相的对地电压升高到线电压。而对于中性点接地的系统，当一相接地时，另两相的对地电压只接近于相电压，故可降低电气设备和输电线路的绝缘水平。
2. 保护接地
保护接地常用于中性点不接地的低压系统中，它的作用是当发电机某一绕组的绝缘结构已破坏使外壳带电时，如果未接地，人体触及外壳，相当于单相触电，就可能发生触电的危险。而如果采用了保护接地，人体触及外壳时，由于人体的电阻与接地电阻并联，人体电阻远大于接地电阻，通过人体的电流就很小，就不会发生触电的危险。其接线图如图5所示。
3. 保护接零
保护接零常用于中性点接地的低压系统中，它的作用是当发电机某一绕组的绝缘结构已破坏而与外壳相接时，由于采用保护接零，就形成单相短路，迅速将这一相中的熔丝熔断，外壳便不再带电。即使在熔丝熔断前人体触及外壳时，也由于人体电阻远大于线路电阻，通过人体的电流也很微小，不会发生触电危险。其接线图如图6所示。
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图5 柴油发电机重复接地示意图 |
图6 柴油发电机正确接线图（零线） |
总结： 柴油发电机房的设计需综合考虑位置选择、进排风、排烟管道、日用油箱、混凝土基础及接地保护等多方面因素。机房宜靠近变电所但应避开主入口和积水场所，地下室设置时需重点解决进排风问题。进风口面积应大于散热器面积的1.8倍，排风口面积应大于1.5倍，进排风口宜分别布置在机组两端。排烟管道应尽量短而直，设置消声器并保温处理（表面温度≤60℃），水平段设0.3%～0.5%坡度坡向室外。日用油箱容积按3～8小时耗油量计算，储油间须满足防火分隔和防泄漏要求。混凝土基础应高出地面100～200mm，标号不低于C20，养护至少7天后方可安装机组。接地系统应根据中性点是否接地选择工作接地、保护接地或保护接零方式。遵循以上规范可有效提高发电机房的安全性、可靠性和易维护性。
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