摘要： 柴油发电机房是一个需要排放大量废气的场所，排烟井的设置至关重要。排烟井是指将发电机房内产生的废气排放到室外的管道，其合理设置可有效减少废气对人员和环境的危害，保障机房安全运行。本文依据《民用建筑设计统一标准》GB 50352-2019系统阐述排烟井的国标规范要求，详细说明排烟井的位置、高度、直径、材质、防火及维护等设置要点，结合深圳某楼盘350kW机组工程案例介绍排烟井设计参数与面积计算方法，并提供基于排气背压、烟囱抽力和阻力平衡的排烟井面积计算公式，为排烟井的设计与施工提供技术参考。
一、排烟井国标规范
本规范出自于《民用建筑设计统一标准》GB 50352-2019第8.3.3条，设立的排烟井口部下缘距地2米即可。
1. 发电机房的总体布置要求
（1）柴油发电机房的设置应符合本标准第8.3.1条的规定，即发电机房的设置应满足防火、通风、排烟、隔声及设备运输等基本要求。
（2）柴油发电机房宜设有发电机间、控制及配电室、储油间、备件贮藏间等，设计时可根据具体情况对上述房间进行合并或增减。对于小型发电机组（单机容量不大于500kW），发电机间、控制室及配电室可合并设置在同一房间内。
（3）当发电机间、控制及配电室长度大于7.0m时，至少应设2个出入口门。其中一个门及通道的大小应满足运输机组的需要，否则应预留运输条件。门的净宽不应小于0.9m，净高不应小于2.1m。
（4）发电机间的门应向外开启。发电机间与控制及配电室之间的门和观察窗应采取防火措施（采用甲级防火门和防火玻璃），门应开向发电机间，以便在紧急情况下人员能够迅速疏散。
（5）柴油发电机房宜靠近变电所设置，以缩短供电距离，减少线路损耗，便于运行管理。当贴邻变电所设置时，应采用防火墙隔开，防火墙的耐火极限不应低于3.00h。
2. 排烟井的特殊要求
（6）当柴油发电机房设在地下时，宜贴邻建筑外围护墙体或顶板布置，机房的送、排风管（井）道和排烟管（井）道应直通室外。室外排烟管（井）的口部下缘距地面高度不宜小于2.0m，以防止排烟口过低对地面行人造成影响，并有利于烟气扩散。
（7）柴油发电机房墙面或管（井）的送风口宜正对发电机进风端，确保新鲜空气能够直接进入发电机进风口，减少气流阻力，提高冷却效果。
3. 储油设施与高压机房的特殊规定
（8）建筑物内设或外设储油设施设置应符合现行国家标准《建筑设计防火规范》GB 50016的规定。机房内设置储油间时，其总储存量不应大于1m³，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。
（9）高压柴油发电机房可与低压柴油发电机房分别设置。当电压等级不同时，应分开布置，确保安全间距满足电气安全要求。
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图1 柴油发电机组排烟系统示例图 |
图2 柴油发电机房排烟井平面图示例 |
二、排烟井设置要求
1. 位置合理
排烟井应设置在房间内能够有效排烟的位置。通常，排烟井的位置应该在发电机房的顶部或侧面，以便将废气排放到室外。同时，排烟井的位置应该远离人员活动区域，以免对人员造成危害。进风口与排烟口应分别布置在机房两端，防止气流短路。排烟井位置选择时还应考虑排烟管道的走向尽量短而直，减少弯头数量，弯头总数不宜超过3个。
2. 高度适当
排烟井的高度应该根据发电机房的高度和周围建筑物的高度来确定。一般来说，排烟井的高度应不小于房间顶部的高度，应该比周围建筑物的高度高出1～2米，以确保废气能够顺利排放到室外。排烟井出口高度还应满足环保部门对烟气扩散的要求，避免对相邻建筑和敏感区域造成影响。
3. 直径合适
排烟井的直径应该根据发电机房的大小和废气排放量来确定。一般来说，排烟井的直径应该大于发电机房内最大的排放口的直径，以确保废气能够顺利排放到室外。直径选择应通过背压、抽力和阻力的平衡计算确定，避免过小导致排气背压超标或过大造成土建成本浪费。
4. 材质优良
排烟井的材质应该选用耐高温、耐腐蚀的材料，如不锈钢、玻璃钢等。同时，排烟井的内部应该光滑无缝，以减少废气在管道内的阻力。内壁材质宜选用SUS304或SUS316不锈钢板，厚度不小于1.2mm，外壁可选用镀锌钢板或彩钢板，中间填充岩棉保温层。
5. 安全可靠
排烟井的安装应该符合相关的安全标准，如防火标准、防雷标准等。同时，排烟井的支架和固定件应该牢固可靠，以确保排烟井不会因为外力而倒塌或损坏。排烟井应接入建筑物防雷接地系统，接地电阻不应大于10Ω，金属管道部分应可靠接地。
6. 注意防火
排烟井应具有良好的密封性能和耐火性能，以确保在突发情况下烟气无法逸出或引起火灾。
（1）排烟井的耐火极限应符合国家相关标准及建筑设计规范要求，一般要求耐火极限不少于2小时。排烟管穿越防火墙和楼板处应采用防火封堵材料填塞，确保防火分隔的完整性。
（2）具体的耐火极限要根据排烟井的设计要求、建筑物的用途、高度等因素进行综合考虑，并由专业的设计师进行计算和确定。
7. 方便维护
排烟井应设立出入口或者防火门，方便用户定期进行检查和维护，以确保其正常工作和安全运行。排烟井底部应设置清扫口，便于清除积碳和冷凝物，清扫口应密封良好，防止烟气泄漏。建议每季度通过清扫口检查排烟井内部积灰情况。
图3 柴油发电机房排烟井设计图
三、排烟井设计案例
以深圳某楼盘地下室发电机房建设项目为例，该工程采用350kW康明斯柴油发电机组。排烟井设计情况如下：
1. 项目概况与设计背景
（1）项目位于深圳某高层住宅楼盘地下室，采用一台350kW康明斯柴油发电机组作为应急备用电源，供电范围包括消防设备、应急照明、电梯及重要弱电系统。
（2）地下室层高4.2m，发电机房位于地下二层，机房净面积约65m²，层高3.8m。由于地下室周边为住宅塔楼和裙房，排烟井需通过核心筒管井引至一层地面排放，排烟路径总长度约28m，其中垂直段22m，水平段6m，包含2个90°弯头。
（3）设计难点在于：地下室空间紧凑，管井位置受结构柱网限制；排烟口地面位置临近小区人行通道，需满足2.0m净高要求；同时需满足环保部门对噪声和烟气扩散的规范要求。
2. 竖井布置与面积分配
（1）设4个竖井，面积分别为：1.0m²（进风）、1.0m²（排风）、400×300mm（排发电机高温尾气），竖井出地面后分别设置3.0m²、3.0m²、0.3m²的百叶窗。排风井远离进风井水平距离至少5m，达不到者则排风竖井室外排风风口必须高于进风竖井室外进风口3m。这一间距要求是为了防止排出的热风被进风口重新吸入，形成气流短路，降低散热效率。该项目中进风井和排风井实际水平距离为6.8m，满足要求。
（2）储油间必须单独设最小尺寸为300×300mm的排风竖井一个，竖井出地面后设置0.2m²的百叶窗。储油间通风量应满足换气次数不少于6次/小时的要求，以保证油气及时排出，防止可燃气体聚集。该项目储油间容积约12m³，所需通风量约72m³/h，300×300mm竖井截面积为0.09m²，按风速2m/s计算可提供约648m³/h通风量，满足要求。
3. 计算依据与风井面积确定
（1）上述发电机房风井是按照发电机功率为350kW计算的。进风井面积1.0m²是根据维持机房温升所需新风量和燃烧所需空气量叠加后确定的，排风井面积1.0m²则根据散热器排风量和风道阻力综合确定。排尾气竖井400×300mm截面积为0.12m²，对应烟囱内径约390mm，经背压平衡核算满足要求。
（2）当实际功率大于350kW时，应按照下式计算实际风井面积：
储油间风井面积不变，排尾气风井短边应大于400mm，以确保高温尾气能够顺畅排出并满足消声器安装空间要求。
（3）进、排风竖井出地面后的百叶面积计算：
百叶窗的有效通风面积应考虑叶片遮挡系数，通常仅为外形面积的50%～70%，设计时应按实际有效面积核算。该项目350kW机组对应地面百叶面积各为3.0m²，实际选用百叶窗外形尺寸为2.0m×1.8m=3.6m²，有效系数取0.83，实际有效通风面积约3.0m²，满足要求。
4. 施工与验收要点
（1）排烟井内壁采用SUS304不锈钢板焊接成型，板厚1.2mm，焊缝经酸洗钝化处理。烟囱外包100mm厚岩棉保温层，外覆0.5mm厚镀锌钢板保护壳。
（2）百叶窗采用防雨型铝合金百叶，叶片倾角45°，背面设不锈钢防虫网。排烟口距地面净高2.3m，满足规范不小于2.0m的要求。
（3）烟囱每层设滑动支架，每10m设一个波纹补偿器吸收热膨胀。排烟管最低点设排污阀，水平段坡度0.5%坡向室外。系统安装完成后进行了背压测试，实测背压3.8kPa，低于厂家允许值5.0kPa，验收合格。
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图4 柴油发电机房排烟口室内示意图 |
图5 柴油发电机房排烟井出屋面示意图 |
四、排烟井面积的计算公式
确定排烟井的面积首先也要确定柴油发电机组的排烟量，柴油发电机组的排烟量一般由厂家选型样本提供，再根据排烟量和烟囱路径核算烟囱尺寸。
1. 背压、抽力与阻力的平衡关系
式中：为发电机组的排气背压，Pa（由选型厂家提供）；为竖向烟道的自然抽力，Pa；为烟囱总阻力，Pa。
2. 烟囱自然抽力的计算
抽力由式（2）计算：
式中：为烟囱的垂直高度，m；为室外空气温度，℃；为烟囱管道平均温度，℃；为大气压力，Pa。从式中可以看出，烟囱越高、室外温度越低、烟气温度越高，自然抽力越大。在初步设计时，可按环境温度20℃、烟气温度400～500℃进行估算。
3. 烟囱总阻力的计算
阻力则由式（3）计算：
式中：为烟壁阻力系数，取0.03；为局部阻力系数（90°弯头取0.7，缓弯取0.3，三通取1.0，30°变径取0.5，烟囱出口阻力系数取1.1，烟囱的消声器局部阻力由厂家提供，当无资料时可取2）；为烟囱内烟气流速，m/s；为烟气密度，kg/m³。
阻力计算由沿程摩擦阻力和局部阻力两部分组成。沿程阻力随管道长度增加而增大，随管径增大而减小；局部阻力主要由弯头、变径和消声器等附件引起，因此设计时应尽量简化管路布置，减少弯头数量。
4. 烟气参数的计算
烟气流量 和密度 分别由式（4）、式（5）计算：
烟气流速 由式（6）计算：
5. 烟囱内径的确定与井道尺寸
假定烟囱内径d，再根据上述各公式确定是否满足机组背压与抽力之和大于烟囱总阻力，从而确定烟囱内径。同时可以得知当烟囱内径越大，弯头越少，则阻力越小，但烟囱的成本也越高，土建预留的井道也越大，因此需要合理计算。在初步设计阶段，也可以根据烟气流量及烟气流速预估烟囱内径，通常烟气流速宜控制在10～15m/s。当烟气流速低于10m/s时，烟囱截面偏大，不经济；当流速高于15m/s时，阻力增加显著，可能导致背压超标。
计算确定烟囱内径d后，考虑烟囱外包岩棉保温层100mm厚，烟囱距管井各边墙面预留150mm安装间隙（剪力墙一边留350mm），以此确定烟井尺寸。保温层的作用是防止烫伤、减少辐射热并维持烟气温度以保证抽力；安装间隙则是为管道热胀冷缩和施工操作提供空间。
总结： 柴油发电机房排烟井的设计需严格遵循GB 50352-2019国标规范，确保排烟口部下缘距地不低于2m、排烟道直通室外。排烟井设置应综合考虑位置合理（远离人员活动区）、高度适当、直径合适、材质优良（不锈钢内壁，岩棉保温）、防火可靠（耐火极限≥2h）及便于维护等要求。工程设计中，进风井与排风井水平距离不宜小于5m，储油间须单独设置排风竖井，风井面积按功率比例折算。烟囱内径需通过背压、抽力和阻力的平衡公式反复验算确定，烟气流速宜控制在10～15m/s，最终烟井尺寸应在烟囱外径基础上增加保温层（100mm）和安装间隙（150mm）。严格执行上述规范与计算方法是保障排烟系统安全高效运行的技术前提。
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