柴油发电机房进排新风量的计算公式

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柴油发电机房进排新风量的计算公式

发布时间：2023-02-26 22:23:44 ▏阅读：次

摘要：机房通风系统对柴油发电机组的输出功率、燃油消耗率、热气流排放和使用寿命等有直接影响。柴油发电机房的通风问题是机房设计中特别重要的问题，特别是机房位于地下室时更要处理好，否则会直接影响机房的空气循环和通风效果，降低发电机组的运行效率和时间，甚至缩短发电机组的使用寿命。本文系统阐述了进风口设计注意事项，以及整体风冷式与分体风冷式的选用条件，详细介绍了进风口面积和进风量的计算公式，阐述了排风口设计注意事项；给出了排风口面积和排风量的计算公式，并指出当计算进风量 $Q_{进} \geq C_{1} + C_{2}$ 且计算排风量实际排风量时设计符合要求；在此基础上，从进排风口净面积修正、地下室通风策略、冬季通风口调节与水套加热器配置、通风系统阻力计算与风机选型、常见通风问题识别与处理等方面给出了工程应用指引。本文可为柴油发电机房通风系统的设计与计算提供技术参考。

一、进风口设计与计算公式

1. 进风口注意事项

进风口应位于灰尘浓度尽可能小的合理位置，并确保附近无异物。当条件许可时，建议用户采用靠近发电机组控制屏侧的斜上进风方式，并加设百叶窗和金属防护网帘，以避免雨水及其他异物进入，确保正常的空气对流。为防止热空气回流，发电机组进风口应尽可能远离排风口，并尽可能让机房内空气直流，遵循轴向通风方式的布置。

发电机房的平时维护通风可按每小时3～5次计算（即每小时换气次数）。发电机组的冷却通风主要为分体风冷式和整体风冷式。当机房自然进排风条件满足时宜采用整体风冷式，此方法不需要远置散热器和辅助水箱，简单可靠，维护更加方便。

（1）整体风冷式：进风口应在发电机组电机端后面，以获得良好的空气循环，注意进排风口的距离，以免发生短路。进、排风百叶窗有效通风面积不少于50%，且应有良好的流线及低气流阻力。百叶窗内侧应装有鸟类/害虫防护网，风沙较大地区应设置防风沙入侵措施，但不得阻碍冷却及排出空气的流动。机房的进、排风系统总阻力不大于125 Pa，若不满足，则需要增加机械送排风机。

（2）分体风冷式：当条件不满足时，需要采用分体风冷式系统，则需要注意以下几个方面：防止冷却水被外来物质污染；隔离水箱的冷却水应足够整个系统使用；防止冷却水冻化；防止系统中有空气滞留；10%的发电机缸套发热量需要通过机房散热。

2. 进风口面积和进风量的计算

柴油发电机组在正常工作的时候需要有足够的新风供应，一方面保证发动机的正常工作，另一方面要给发电机组创造良好的散热条件，否则发电机组无法保证其使用性能。

（1）新风量：发电机组的进风系统主要包括进风通道和发动机本身的进气系统，发电机组的进风通道必须能够使新风顺畅地进入机房。柴油机在运行时，机房的换气量应等于或大于柴油机燃烧所需的新风量与维持机房室温所需新风量之和，即 $C = C_{1} + C_{2}$ 。其中 $C_{1}$ 为维持室温所需的新风量， $C_{2}$ 为维持柴油机燃烧所需的新风量。

$C_{1} = 0.078 \times P \times T$

式中， $C_{1}$ ——维持室温所需新风量（m³/s）； $P ——柴油机额定功率（kW）；$ $T$ ——机房温升（°C）。

燃气量 $C_{2}$ 数据可向发电机组厂家索取，若无资料时，可按每千瓦制动功率需要0.1 m³/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）。

（2）进风口面积：设计时需要综合考虑计算维持室温最少所需新风量和燃气量，并以此为依据判断进风面积是否足够。一般情况下，进风口的面积应满足下式要求：

$S_{进} \geq 1.2 \times k \times S_{水}$

式中， $S_{进}$ ——进风口面积（m²）； $S_{水}$ ——柴油机散热水箱的有效面积（m²）； $k ——风阻系数（考虑百叶窗、防护网、弯头等阻力因素）。$

（3）进风量：机房计算进风量计算如下：

$Q_{进} = S_{进} \times V_{进} \times k$

式中， $Q_{进}$ ——计算进风量（m³/s）； $S_{进}$ ——进风口面积（m²）； $V_{进}$ ——风速（m/s），一般取3级风的风速平均值4.4 m/s进行计算，风速见表1，但最强风速不应超过8 m/s； $k ——风阻系数。$

如果机房计算进风量 $Q_{进} \geq C_{1} + C_{2}$ ，则可以认为该设计是符合要求的。

表1 风力等级与风速对照表

风级	名称	风速（m/s）	风级	名称	风速（m/s）
0	无风	0～0.2	7	疾风	13.9～17.1
1	软风	0.3～1.5	8	大风	17.2～20.7
2	轻风	1.6～3.3	9	烈风	20.8～24.4
3	微风	3.4～5.4	10	狂风	24.5～28.4
4	和风	5.5～7.9	11	暴风	28.5～32.6
5	清劲风	8.0～10.7	12	飓风	32.7～36.9
6	强风	10.8～13.8	—	—	—

二、排风口设计与计算公式

1. 排风口注意事项

排风口的设计直接影响发电机组的散热效率和机房内的空气压力平衡，须遵循以下原则：

1）排风口面积要求：通常发电机组排风口的面积应略大于水箱的有效面积，以确保散热器排出的热风能够顺畅排出机房。排风口面积不足会导致排风阻力增大，散热器冷却风量下降，机组过热。

2）排风口与障碍物的距离：从降低风阻考虑，排风口离前面障碍物的距离应大于或等于600～2000 mm。距离过小会造成排风气流受阻，热风反弹回流至机房内或散热器进风口，形成热风短路。

3）排风口净面积的具体要求：当在排风口安装百叶窗及金属防护网时，应确保排风口净面积（即扣除百叶窗片和防护网遮挡后的有效通风面积）最小不低于散热器芯有效面积的1.4倍。这是因为百叶窗和防护网会占用一定的通风面积（通常遮挡率约为30%～50%），必须放大排风口尺寸以补偿损失。

4）排风口位置与尺寸匹配：排风口中心位置应尽可能与发电机组散热器芯的中心位置对齐，排风口的宽高比应尽可能与散热器芯的宽高比相同（偏差不宜超过±15%）。位置偏差或宽高比不一致会造成气流分布不均，部分散热器芯区域排风受阻，局部温度升高。

5）弹性减振喇叭形导风槽：为防止热空气回流及机械振动向外传递，在散热器与排风口之间应加装弹性减振喇叭形导风槽（也称为“导风罩”或“排风喇叭口”）。该导风槽的作用包括：

① 引导热风顺畅流向排风口，减少涡流损失；
② 防止排出的热风回流至散热器进风口（热风短路）；
③ 通过弹性减振材料（如帆布或硅钛布）隔离散热器与刚性风道之间的振动传递，避免排风管道产生共振噪声。

6）进排风平衡要求：发电机组进风量应大于发电机组的排风量和燃气量的总和，其客观效果是发电机组在运行时机房内不能产生负压（即机房内压力不能低于室外大气压）。负压会导致机组燃烧空气供应不足、散热器排风受阻、运行效率下降。

7）降噪效果的影响因素：在满足发电机组排风量要求的前提下，机房的降噪效果主要由进排风通道及消声箱的长度和选用的吸音材料决定。通道越长、吸音材料吸声系数越高（如超细玻璃棉、岩棉等，吸声系数在0.7～0.9），降噪效果越好，但通道过长会增加风阻，需综合平衡。

2. 排风口面积和风量计算

（1）排风口面积：排风口面积的计算公式为：

$S_{排} \geq k \times S_{水}$

式中， $S_{排}$ ——排风口面积（m²）； $S_{水}$ ——柴油机散热水箱的有效面积（m²）； $k$ ——风阻系数（考虑百叶窗、防护网、风道弯头、导风槽等综合阻力因素）。建议k值取1.4～1.8，当排风口有较多百叶窗叶片或长弯风道时取上限。

（2）排风量：机房实际排风量计算如下式：

$Q_{排} = S_{排} \times V_{排} \times k$

式中， $Q_{排}$ ——计算排风量（m³/s）； $V_{排}$ ——风速（m/s），一般取3级风的风速平均值4.4 m/s进行计算，但最强风速不应超过8 m/s（风速过高会产生再生噪声且增加风阻）； $k$ ——风阻系数。

实际排风量 $Q$ 数据可在发电机组技术参数中查到。如果计算排风量大于或等于实际排风量，即 $Q_{排} \geq Q$ ，则可以认为该设计是符合要求的。

（3）强制排风的选用条件：当机房条件不能满足按照发电机组技术参数计算的进、排风口净面积要求时（如地下室机房空间受限、进排风通道过长），必须考虑采用强制进排风的方式（即加装机械送风机和排风机），以确保发电机组正常燃烧和冷却的需要。

（4）无效面积修正：在建筑物中，通风口通常配有百叶窗和金属防护网，在计算进、排风口的尺寸时，必须考虑百叶窗片和金属网等所占有的无效面积。一般百叶窗的有效面积系数约为0.5～0.7，即实际开孔面积仅为总面积的50%～70%，设计时应按有效面积进行核算。

注意：在冬季，发电机组处于备用运行状态时，只是偶尔运转，大多数时间处于备用停机状态。此时机房内应时刻保持适当的温度（通常不低于5 °C），以避免影响发电机组的正常启动能力或使冷却水结冰致发电机组损坏。这就要求机房所有的通风口都必须是可以调节的，以便发电机组停用时能够自动或人工关闭。同时建议发电机组加装配套的水套加热器（缸套水加热器），并使其始终保持正常的工作状态（将冷却液温度维持在32～40 °C）。

三、机房进排风系统的工程应用

柴油发电机房的进排风设计可参照图1、图2范例，也可在此基础上做出合理修改。

1. 进排风口净面积的修正计算

实际工程中，百叶窗、防护网、防沙装置等均会减少有效通风面积。设计时应按以下方法修正：

1）确定修正系数：金属防护网的有效面积系数通常为0.7～0.85；百叶窗（固定叶片）的有效面积系数为0.5～0.7；防沙装置（如防沙网）的有效面积系数为0.6～0.8。

2）计算总修正系数：总有效面积系数 = 各组件有效面积系数的乘积。例如，百叶窗（0.6）+防护网（0.8）+防沙装置（0.7），总有效面积系数 = 0.6×0.8×0.7 = 0.336。

3）实际开孔面积：实际开孔面积 = 计算净面积 / 总有效面积系数。若计算净面积要求为4 m²，则实际开孔面积应为4 / 0.336 ≈ 11.9 m²。

2. 地下室机房通风的专项措施

地下室机房通风是设计难点，需特别注意以下问题：

1）进排风通道过长：地下室进排风风道通常需通过竖井延伸至地面，风道长度可达20～50 m。长风道增加了风阻，须选用低阻力消声器（阻力系数≤0.6），并适当加大风道截面（风速控制在4～6 m/s），必要时增加机械送排风机。

2）进排风口与地面的距离：地下室竖井的进排风口应高出地面至少1.5～2 m，并设置防雨帽和防虫网，防止雨水和杂物倒灌。

3）竖井位置选择：进风竖井应布置在常年上风向位置，排风竖井布置在下风向或远离进风口的区域，两竖井水平距离不应小于10 m，垂直高差不应小于3 m。

3. 冬季通风口调节与水套加热器配置

1）可调通风口的设置：通风口的百叶窗应选用可调节型（手动或电动驱动），冬季停机时可关闭以减少冷空气入侵。电动调节百叶窗应与发电机组控制系统联动——机组启动时自动开启，停机后延时关闭。

2）水套加热器配置：水套加热器功率选择一般为每千瓦功率机组配置0.1～0.2 kW加热功率。环境温度低于-10 °C时，应额外配置机油加热器，确保机油温度不低于10 °C。

4. 通风系统阻力计算与风机选型

1）系统总阻力计算：通风系统总阻力 = 进风口阻力 + 进风风道阻力 + 散热器阻力 + 排风风道阻力 + 排风口阻力。各部分阻力按 $Δ P = ξ \times \frac{ρ V^{2}}{2}$ 计算（ $ξ$ 为局部阻力系数， $ρ$ 为空气密度， $V$ 为风速）。

2）风机选型要求：风机风量应不小于 $C_{1} + C_{2} + 排风量（视系统配置而定）。风机全压应大于系统总阻力，并留15%～20%裕量。风机宜选用低噪声离心风机，噪声不超过85 dB(A)。$

柴油发电机房进排风散热系统示意图.png

图1 柴油发电机房进排风散热系统平面图

柴油发电机房安装设计图纸.png

图2 柴油发电机房立面安装设计图纸

总结

柴油发电机组机房通风系统的设计须遵循轴向通风原则，确保进排风口合理布置、面积充足、气流顺畅。进风口设计应靠近控制屏侧斜上进风，加设百叶窗和防护网，进排风口保持足够距离，百叶窗有效通风面积≥50%，系统总阻力≤125 Pa。整体风冷式适用于自然进排风满足条件时，分体风冷式则需注意冷却水防污染、防冻、防气塞及10%缸套发热量机房散热等要求。进风口面积 $S_{进} \geq 1.2 \times k \times S_{水}$ ，进风量 $Q_{进} = S_{进} \times V_{进} \times k$ 风速一般取4.4 m/s，最强≤8 m/s），新风量 $C = C_{1} + C_{2}$ （ $C_{1} = 0.078 \times P \times T$ ， $C_{2}$ 按每千瓦制动功率0.1 m³/min计算），设计须满足 $Q_{进} \geq C_{1} + C_{2}$ 。排风口净面积≥散热器芯有效面积的1.4倍，排风口中心与散热器芯中心一致，加装弹性减振喇叭形导风槽防止热空气回流及振动传递。排风口面积 $S_{排} \geq k \times S_{水}$ ，排风量 $Q_{排} = S_{排} \times V_{排} \times k$ ，须满足 $Q_{排} \geq Q$ （实际排风量）。工程应用中，地下室通风需考虑长风道阻力和竖井位置要求；冬季停机时通风口应可调节关闭，并加装水套加热器（每千瓦功率0.1～0.2 kW）防止冷却水结冰；系统阻力按 $Δ P = ξ \times ρ V^{2} / 2$ 计算，风机选型须预留15%～20%裕量。规范化的通风系统设计是保障发电机组输出功率、降低油耗、延长使用寿命的重要基础。

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