摘要：柴油发电机房的建筑设计是一项涉及建筑、结构、给排水、暖通、动力、电气及消防等多专业的系统性工程。机房建筑结构必须能够承受发电机组及其辅助设备的静动荷载与运行振动，机房面积应满足机组本体、控制柜、日用油箱、散热器及检修通道等全部设施所需的空间尺寸。当采用建筑物共用接地系统时，接地电阻不应大于1 Ω；当采用独立接地极时，其电阻值应符合相关规范或所配置设备的技术要求，并按现行国家标准《建筑物防雷设计规范》（GB 50057）采取防止雷电反击的措施。机房照明设计应满足现行国家标准《建筑照明设计标准》（GB 50034）规定的照度要求。本文从机房供配电系统的设计原则与供电模式出发，系统论述了机房选址、平面布局、防火分隔、隔声降噪、减振基础等土建要求；归纳了冷却水水质、膨胀水箱设置、备用泵配置等给排水专业要点；分析了通风排烟、温湿度控制及预热装置等暖通专业规定；阐述了燃油贮存、输油管道布置及安全切断等动力专业要求；给出了各功能房间的照度标准与应急照明供电时间；最后详细说明了机房的消防设施配置、装饰材料等级以及等电位联结、接地与防雷系统的具体做法。本文可为柴油发电机房的设计、施工及验收提供系统化的技术参考。
一、机房设计思路与供配电系统规划
统计数据表明，数据中心供电故障的原因按发生比例依次为人为操作错误、配电系统故障、柴油发电机组故障和场地基础设施问题。对于采用容错系统配置的电子信息系统机房，在运行期间，场地设施不应因操作失误、设备故障、外电源中断、维护和检修等原因导致电子信息系统的运行中断。机房供配电系统的核心宗旨，是保证机房内用电设备的长期、正常、不间断供电。
1. 设计原则
为实现上述目标，机房供配电系统设计应注重以下两个方面：
（1）在设计和施工中严格遵守国家和行业的相关标准与规范；
（2）技术方案应结构合理、性能先进、节能环保，同时便于安装和维护。
2. 典型供电模式
根据柴油发电机组的台数、所带负载的性质、功能及供电可靠性要求，采用柴油发电机组作为备用电源的供电系统有多种实现形式。目前工程中常用的典型供电系统包括：
（1）单台发电机组直接为普通负载供电（适用于小功率、非关键负载）；
（2）多台发电机组并联运行，共同为较大容量的普通负载供电；
（3）单台机组作为备用电源，与市电电源分别向负载供电（ATS切换）；
（4）多台机组配多个自动转换开关（ATS），分别对不同的负载段供电；
（5）作为常用电源的中压或高压简单发电机配电系统；
（6）多台发电机与市电电源采用母线联络或并联方式向负载供电的中高压系统；
（7）低压发电机经升压变压器后，向低压或中压配电系统供电（适用于远距离输电）。
具体采用何种供电方式，应根据当地电网的供电可靠性及容量条件，结合负载实际使用情况进行综合比选。其中，“单机组+ATS与市电切换”以及“多机组+多ATS分段供电”是许多民用建筑和数据中心项目中常用的低压供电方案。
当确定的柴油发电机组单台容量较大（一般不小于800 kW）时，宜设置两台同容量的柴油发电机组。这两台机组可分别带载部分负荷独立运行，也可通过并机柜并联运行，向全部负载统一供电。设置两台机组的同时，可实现互为备用——当一台机组发生故障或需定期检修时，另一台机组可单独向最优先或强制保障的关键负荷供电。
需要注意的是，柴油发电机组一般不允许与市电网并列运行，主要是考虑若柴发机组发生故障（如电压异常、频率失步），可能波及市网，扩大故障影响范围。因此，通常采用电气联锁和机械联锁来确保柴发与市电的切换操作安全可靠，防止二者非同期并列。
3. 启动方式与控制系统
柴油发电机组的启动通常采用电启动方式，需要蓄电池、充电机等启动设备，这些设备需要外接市电电源维持浮充状态。因此，柴油发电机房内也必须设置市电电源。
（1）当柴油发电机组作为应急备用电源使用时，市电发生故障停电时，市电-柴发转换控制系统发出启动信号，自动启动柴发机组。
（2）当市电恢复并稳定后，控制系统发出停机信号，柴发机组经冷却怠速运转后自动停机，负载切换回市电供电。
无论转换控制系统的核心采用PLC（可编程逻辑控制器）还是集成控制单元，通常都应具备过负荷保护、短路保护等功能。当柴油发电机组容量不足以满足全部负载需求时，系统应能自动卸掉次要负荷（通过卸载继电器）；当市电恢复后，应能自动恢复被卸掉负荷的供电。
二、机房建设要求（各专业协同）
1. 对土建专业的要求
（1）机房宜有良好的自然采光和自然通风条件，以减少机械通风能耗。
（2）机房面积在50 m²及以下时，宜设置不少于一个出入口；面积在50 m²以上时，宜设置不少于两个出入口，其中一个出入口的尺寸应满足发电机组搬运和吊装的需要。门应为向外开启的甲级防火门。发电机间与控制室、配电室之间的门和观察窗应采取防火、隔声措施，门应为甲级防火门，且应开向发电机间（便于紧急情况下快速疏散）。
（3）储油间应采用防火墙与发电机间隔开；当必须在防火墙上开设连通门时，应设置能自行关闭的甲级防火门。
（4）机房内的噪声应符合国家噪声标准规范的规定；当机房自然噪声级超标时，应进行消音、隔声处理（如墙面吸声、隔声门、消声百叶等）。
（5）机组基础应采取有效的减振措施（如弹簧减振器或橡胶减振垫）。当机组设置在主体建筑物内部或地下室时，相应结构构件（梁、板、柱）应能满足机组的静载和动载要求，并通过计算分析防止与房屋结构产生共振。
（6）柴油机基础应采取防油浸的设施，可设置排油污沟槽；机房内管沟和电缆沟内应有0.3%的坡度，并设置排水、排油措施，防止油水积聚。
（7）机房各工作房间的耐火等级与火灾危险性类别应符合相关防火规范的要求（通常为丙类火灾危险性，耐火等级不低于二级）。
2. 对给排水专业的要求
（1）柴油机冷却水水质应符合产品技术文件要求，通常应采用软化水或添加防锈防冻液的纯净水，严禁使用未经处理的硬水。
（2）柴油机采用闭式循环冷却系统时，应设置膨胀水箱，其安装位置应高于柴油机冷却系统的最高水位，以保证水泵吸入端有足够的静压头。
（3）冷却水泵宜按一机一泵配置；当柴油机自带水泵时，宜额外设置一台备用泵，防止主泵故障时冷却中断。
（4）当机组采用分体散热系统（远程散热器）时，分体散热器应自带补充水箱，以补偿系统循环冷却液的正常损耗。
（5）机房内应设有洗手盆和落地洗涤槽，便于维护人员清洁工具和手部。
（6）机房内应预留烟气净化喷淋箱的给水点，为尾气后处理装置（湿式洗涤器）提供水源接口。
3. 对暖通专业的要求
（1）宜优先利用自然通风排除发电机间内的余热；当自然通风不能满足工作地点温度要求时，应设置机械通风装置。
（2）当机房设置在高层民用建筑的地下室时，应设置防烟、排烟及补充新风的设施，满足火灾时的排烟要求和正常运行时的新风供给。
（3）排除机房有害气体所需排风量应根据柴油机功率和燃料消耗率计算确定，确保曲轴箱窜气和燃油蒸气不积聚。
（4）机房各房间的温湿度应符合产品技术文件要求及设计规范的规定（发电机间运行温度宜为5～40 °C，相对湿度不宜超过90%）。
（5）机房内严禁采用明火取暖，以防引发火灾或爆炸。
（6）对安装自启动机组的机房，应保证环境温度满足自启动要求。当环境温度低于启动温度下限（通常为4 °C）时，应采用缸套水加热器或整机预热装置，确保冷却液温度维持在32 °C以上，以保证冷启动可靠性和减少启动磨损。
（7）非采暖地区可根据具体气候条件，适当简化保温措施，但仍应保证机组最低启动温度要求。
4. 对动力专业的要求
（1）在燃油来源及运输不便时，宜在建筑物主体外部设置40～64小时额定耗油量的贮油设施（地下或半地下储油罐）。
（2）按柴油发电机连续运行3～8小时设置日用燃油箱（日用油箱容积一般为1～5 m³，视机组功率而定）。当油量超过消防相关规定（通常为1 m³或规范限值）时，应设置专用的贮油间，并采取相应的防火分隔和灭火设施。
（3）一般按160～240小时额定耗油量设置润滑油贮存装置（桶装或罐装），以满足长期运行维护需要。
（4）日用燃油箱宜高位布置，使出油口高度高于柴油机高压油泵的进油口，利用重力保证供油正压，避免吸空。
（5）卸油泵和供油泵宜共用，应设置电动和手动（或机动）各一台，其容量按最大卸油或供油流量确定。
（6）当机房设置在裙房屋面时，应符合下列规定：
① 机房所在屋面至地面应设置输油管道，输油管宜沿建筑物外墙明敷或经专用竖井敷设至地面输油接口；输油管专用竖井宜沿建筑物外墙设置，且不宜采用全封闭形式（便于检修和泄漏检测）。
② 输油接口附近应设置户外型单相电源插座，并预留移动式输油泵的操作空间。
③ 输油管底部应设置手动泄油阀，其下方应设置应急泄油池，池内应堆积卵石（以吸收泄漏燃油并减少蒸发），其容量应足以容纳输油管内滞留的全部柴油。
（7）设置在建筑内的柴油发电机组，其燃料供给管道应符合下列规定：
① 在燃油管道进入建筑物前和设备间内的管道上，均应设置自动和手动切断阀（紧急切断）。
② 储油间的油箱应密闭，并应设置通向室外的通气管，通气管末端应设置带阻火器的呼吸阀（平衡油箱内压力，防止超压或负压）。油箱下部应设置防止油品流散的设施（如集油槽或防火堤）。
5. 电气照明要求
照明配电系统设计如图1所示。机房各功能房间的照度标准值应符合以下规定：
（1）发电机间：200 lx；
（2）控制及配电室：300 lx；
（3）贮油间：50 lx；
（4）值班室：300 lx；
（5）维修间：100 lx。
应急照明照度不应低于正常照明的照度值，且连续供电时间应符合下列规定：
（1）建筑高度大于100 m的民用建筑，不应小于1.5小时；
（2）医疗建筑、老年人照料设施、总建筑面积大于100,000 m²的公共建筑和总建筑面积大于20,000 m²的地下或半地下建筑，不应小于1.0小时；
（3）其他建筑，不应小于0.5小时。
6. 消防设施与内部装修
（1）柴油发电机房应设置火灾自动报警装置，并设置消防专用电话分机，确保火灾时与消防控制中心的可靠通信。
（2）应设置与柴油发电机容量和建筑规模相适应的灭火设施。当建筑内部其他部位已设置自动喷水灭火系统时，机房内应同步设置自动喷水灭火系统（通常采用预作用式或湿式系统，喷头布置如图2所示）。
（3）发电机房内部所有装修材料均应采用A级（不燃）装修材料，包括墙面、吊顶、地面及隔断等。
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图1 柴油发电机房照明系统图 |
图2 柴油发电机房消防规范设计示意图 |
7. 中性点接地方式
发电机组的中性点工作制应符合下列规定：
（1）1 kV及以下发电机中性点接地要求：
① 当只有单台机组时，发电机中性点应直接接地，机组的接地形式（TN、TT、IT）宜与低压配电系统的接地形式一致。
② 当多台机组并列运行时，每台机组的中性点均应经刀开关或接触器接地，以便在单台机组检修或故障时能够可靠隔离其中性点，避免并联运行时的环流问题。
（2）3 kV～10 kV发电机组的中性点接地方式宜采用经低电阻接地或不接地方式。经低电阻接地的系统中，当多台发电机组并列运行时，每台机组均应配置独立的接地电阻，以限制单相接地故障电流。
8. 等电位联结、接地与防雷
（1）等电位联结
发电机房内下列外露可导电金属部分均应做等电位联结（如图3所示），以防止不同金属部件之间产生电位差引起电击或火花放电：
① 应急发电机组的金属底座；
② 日用油箱的金属支架；
③ 各类金属管道（水管、采暖管、输油管、通风管等）；
④ 钢结构建筑中的钢柱；
⑤ 钢门（窗）框、百叶窗、有色金属框架等；
⑥ 墙上固定消声材料的金属固定框架；
⑦ 配电系统的PE（保护接地线）或PEN（保护中性线）。
（2）导线接地连接
机房内电气系统的下列外露可导电部分应与PE（或PEN）线可靠连接：
① 发电机的外壳；
② 电气控制箱（屏、台）的金属壳体；
③ 电缆桥架、敷线钢管、固定电器的金属支架等。
（3）防雷与防静电接地
机房的防雷、防静电设计应符合下列要求：
① 当发电机房为独立建筑时，按三类防雷建筑物设置防雷措施；当发电机房附设在主体建筑物内或设置于地下室时，防雷类别应与主体建筑一致。
② 当柴油发电机组的燃油由建筑物外部通过管道输送至日用油箱时，燃油管道应做防静电接地（跨接和接地电阻应符合要求）。
③ 柴油发电机房的工作接地、保护接地、防雷接地、防静电接地、电信接地及变配电室接地，宜采用共用接地装置，接地电阻不应大于1 Ω。
（4）施工注意事项（如图4所示）
① LEB局部等电位联结端子箱应墙上明装，距地+500 mm。
② PE保护接地干线采用热镀锌扁钢（规格40×4 mm）制作，明敷，安装高度为+500 mm；过门处沿地坪暗设，并与柱内或剪力墙内主钢筋可靠焊接（双面焊，焊缝长度不小于扁钢宽度的2倍）。
③ 临时接地接线柱应明墙安装，高度为+500 mm，便于检修时挂接临时接地线。
④ 柱内预埋件应利用柱内主钢筋引出地面，作为等电位联结的接口。
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图3 柴油发电机房等电位联结示意图 |
图4 柴油发电机房接地敷设示意图 |
总结
柴油发电机房的设计与建设是一项涉及建筑、结构、给排水、暖通、动力、电气及消防等多专业的系统工程。土建设计应满足机组承重、减振、防火分隔及隔声降噪要求；给排水系统需保证冷却水质、膨胀水箱设置及备用泵配置；暖通系统应保证机房通风散热、温湿度控制及冷启动预热条件；动力系统应满足燃油贮存、供油泵配置及输油管安全要求；电气照明需达到各功能房间的照度标准并配置应急照明；消防设施应与建筑整体消防系统协调，装修材料须采用A级不燃材料；接地与防雷系统应采用共用接地装置，接地电阻不大于1 Ω，并严格执行等电位联结。各专业设计相互关联、相互制约，必须从方案阶段进行统筹协调，方能建成安全、可靠、合规的柴油发电机房，为发电机组长期稳定运行提供良好的环境保障。
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