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机房设计与设备安装 |
柴油发电机组的机房选址和综合设计方案 |
摘要：在高层建筑中，通常会建立一座独立的柴发机房，以保证柴油发电机组进风、排风等环节的通畅，提高供电质量。柴发机房选址应选择一处四周无外墙的空置房间，为设备的进风管道和排烟管道提供条件。避免设置在建筑物的主入口和对立面的位置，以免设备排烟、通风等对周围造成的不良影响。本文将就高层建筑中柴油发电机组的机房设置原则、设备布局以及机房设计等问题提出一些理解和认识，以供参考。
一、柴发机房选址原则
1、适合的位置
宜布置在首层或地下1、2层，当地下室为3层及以上时，不宜设置在最底层，数据中心的柴油发电机房不应设置于地下室最底层（如只有地下1层，则不应设置于该层；如有地下两层，则不应设置于地下2层），柴油发电机房设置位置还要满足当地供电公司的相关要求。
2、避免的位置
（1）不应布置在人员密集场所的上一层、下一层或贴邻。此条为强制性条文，当机房设置于地下1层时，重点需要核对地上首层建筑功能是否为人员密集场所，应避开主要通道、业务用房等经常有人停留的场所，宜设置于设备用房区域下方。
（2）不应设置在卫生间等经常积水场所的下一层，且不宜与上述场所相贴邻，不宜设置于智能化机房上方、下方或贴邻。此条也是容易被忽略的，根据GB 50352 - 2019《民用建筑设计统一标准》第8.3.3条第1款要求，原适用于变电所的相关要求也同样适用于柴油发电机房。
3、有利于吊装的位置
靠近变电所，方便设备吊装运输。柴油发电机供电电源需要在变电所与市电电源进行切换供电，宜接近用电负荷中心，如果机房距离变电所较远，再加上变电所至用电设备的供电距离，有可能远大于低压供电半径，此时不仅导致供电成本、电能损耗增加，同时对供电压降、接地故障保护动作有效性也有影响，需要进行电压损失和接地故障保护动作灵敏度校验。
机组的运输条件也是容易被设计人员忽视的，大容量柴油发电机组一般体积、重量都较大，需要跟土建专业核实运输安装条件，当利用车道作为运输路径时，要考虑坡道入口处的净高和运输车道荷载是否满足要求，可考虑利用暖通专业冷冻机组等大型设备的吊装孔兼作柴油发电机组的吊装孔，不具备条件时则需要单独设置机组吊装孔和运输通道。
5、有利于通风的位置
宜靠建筑外墙布置，机房的进风井、排风井和排烟井应直通室外，进、排风口不宜设置在同一侧。此条要求对柴油发电机房的位置较为苛刻，建筑外墙应是指地上建筑外墙，非地下室外墙，主要是基于满足机房自然进风井、排风井设置条件。另外柴油发电机房的进风井、排风井和排烟井要避免设置在建筑主入口、正立面等部位，以免排风、排烟对其造成影响。
由于要同时满足以上条件，另兼顾建筑功能及美观要求，因此，民用建筑地下室的柴油发电机房选址条件可谓相当苛刻，需要对地下、地上建筑条件进行仔细分析，尤其在方案或初步设计阶段，建筑功能有可能不断调整，影响机房的设置，所以需要仔细分析、比选，并与其他专业沟通配合，寻找最优机房设计方案。
二、机房内的设备布置与建设条件
典型柴油发电机房设备布置如图1所示，实物机房安装如图2所示。
1、设备布置
（1）机房设备布置应根据柴油发电机组容量大小和台数而定，应力求紧凑、经济合理、保证平安及便于维护。
（2）当发电机房只设一台柴油发电机组时，如果柴油发电机组容量在500kW 及以下，则一般不设控制室，这时配电屏、控制屏宜布置在发电机端或发电机侧，其操作检修通道的要求为屏前距发电机端不应小于2m，屏前距发电机侧不应小于1.5m。
（3）对于单机容量在500kW 及以上的多台柴油发电机组，考虑到运行维护、管理和集中控制的方便，宜设控制室。一般将发电机控制屏、柴油发电机组操作台、动力控制〔屏〕台及照明配电箱等放在控制室。控制室的布置与低压配电室的布置的技术要求一样。
（4）在机房内，柴油发电机组宜横向布置〔垂直布置〕，这样，柴油发电机组的中心线与机房的中轴线垂直，操作管理方便，管线短，布置紧凑。当机房与控制及配电室毗邻布置时，发电机出线端宜布置在靠近控制及配电室一侧。
2、输出线路的选择与敷设
柴油发电机房宜按潮湿环境选择电力电缆或绝缘电线；发电机至配电屏的引出线宜采用铜芯电缆或封闭式母线；强电控制测量线路、励磁线路应选择铜芯控制电缆或铜芯电线；控制线路、励磁线路和电力配线宜穿钢管埋地敷设或沿电缆沟敷设，励磁线路与主干线采用钢管配电时可穿于同一管中。柴油发电机房固定照明须接应急电源。
3、机房的土建条件
（1）机房的高、长、宽尺寸必须满足柴油发电机组的安装要求。对于小型柴油发电机组，假设油箱、电控箱与柴油发电机组属于同一整体，柴油发电机组的中心线与机房的中轴线重合，则柴油发电机组与墙之间要留有1.5m左右的巡视检修通道，散热器应尽量靠近热风出口百叶窗。
（2）要留有设备进出门及值班人员进出门，设备进出门要保证柴油发电机组能推进推出的小门；如因条件限制，设备进出的大门也可开人员进出，在针对柴油机散热器的地方要留热风排出百叶窗。如果不采用整体风冷柴油发电机组，要留有冷却水管道过楼板的预留孔。
（3）根据柴油发电机组的高度及排烟方向，要在墙上预埋排烟管通道套管。
（4）根据柴油发电机组重量，土建要做相应的根底，并根据柴油发电机组底盘的尺寸，还要做相应的机座，预留埋地角螺丝的孔洞。
（5）要根据进出线及电控箱位置，设置电缆沟或预埋管。
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图1 柴油发电机房平面布置示意图 |
图2 柴油发电机房实物全景示意图 |
三、设备安装及机房的整合设计
1、设备安装
应确保散热器与通风口保持在1米至1.2米的距离之间，风口底部应距地面0.4米，且应将发电机放在房间较中间的位置，并与除通风口外的三面墙壁保持2米的距离。如若在同一房间内设置多台发电机组，应将他们的位置距离保持在2.5米，使其通风顺畅，为设备的维修和保养提供方便。
2、降温措施
在柴油发电机运行过程中，会产生大量的热量，使周围的温度升高，从而在一定程度上降低了有机的运行效率。因而，在柴油发电机系统设计过程中，应采取有效的降温措施，提高设备的运行质量，保证数据中心的有效运行。
3、通风设计
满足柴油发电机组发电需求，保证通风质量。通常一体式冷却系统，进风口应保证是散热器芯面积的1.8倍，并将其架设在发电机的两端。排风口是提高设备运行质量的重要保障，其设计面积应是散热器芯面积的1.5倍，并将其架设在柴油机散热口的对立面，避免引发进风与排风相互混合的运行问题。
（1）联机式冷却系统
联机式冷却系统即一体式冷却系统，如图3所示。在柴油发电机组的开发阶段验证定型，可靠性和冷却效率都很高，性价比高且现场安装简单，故障率低且故障处理容易，但对机房的进风量要求大，柴油发电机组运行时水箱风扇噪声大。
（2）热交换器+远置水箱
当需要水箱远置，且水箱与柴油发电机组的相对位置，既超过发动机的静压头要求也超过其摩擦压头要求时，可参考图4，采用热交换器远置水箱的冷却系统。热交换器的位置主要受制于发动机的驱动能力，可如图4所示直接将热交换器装配在发动机本体上或安装在柴油发电机组附近，热交换器柴油发电机组侧一次冷却系统与水箱侧二次冷却系统互相独立，柴油发电机组侧冷却系统流量等于发动机冷却流量，水箱侧冷却流量，即二次侧冷却驱动水泵的流量，应在确保热交换器二次侧冷却液出口温度小于热交换器最高容许温度的前提下，从热交换器有效带出发动机传递给冷却系统的热量，送远置水箱冷却。
4、排烟管道设计
排烟系统应采用室外架空方式，将排烟管道引向室外。在安装过程中，应注意排风管的弯曲设计，并保证其能够有足够的伸缩空间。通常在水平铺设中，应确保排烟背压在10以下，从而进一步保障排烟质量。
5、接地要求
（1）工作接地：发电机中性点接地；
（2）保护接地：电气设备正常不带电的金属外壳接地；
（3）防静电接地：燃油系统的设备及管道接地。
各种接地可与其建筑的其他接地共用接地装置，即采用联合接地方式。
6、柴发控制屏
康明斯发电机组通常采用DSE8610控制器的控制屏，其具有检测、控制、警报等功能。控制屏为微电脑控制，带液品数字显示屏，应能承受机械、电气振动，电和热应力及在正常运行情况下可能遭受的湿度影响。且须具有电磁波干扰、具有故障储存、实时报警和系统自诊断功能。配有保护装置以避免控制电路短路所引起的后果。
7、供油系统设计
供油系统是柴油发电机的重要组成部分，对数据中心的有效运行具有重要影响。近年来，为了满足GB 50174-2014和GB 50016-2014等相关规范要求，在数据中心柴油发电机系统设计过程中，应单独设立设备的日用油箱间，并保证足够的日用燃油，使柴油发电机组运行时间不低于72小时。此外，应在日用油箱上设置液位控制设备，当出现油位超出高液位及时发出警报，降低柴油燃料的大量浪费，保障柴油发电机系统的运行质量，从而进一步满足数据中心对柴油发电机的设计需求。
8、机房噪声控制
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图3 柴油发电机冷却系统安装图（带散热水箱） |
图4 柴油发电机冷却系统安装图（带热交换器） |
总结：
根据柴油发电机的外形尺寸，发电机房设计时有足够的摆放空间，柴油发电机四周离墙壁至少有80公分距离。尽量避开建筑物的主入口、正立面等部位，以免排风、排烟对其造成影响。注意噪音对环境的影响，尽量离工作与生活场所与远点。特别是布置在地下室的发电机房，由于地下室出入不易，自然通风条件不良，给机房设计带来一系列不利因素，设计时要注意好。
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