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摘要： 海拔高度和环境温度对柴油发电机的输出功率（容量）都会造成影响；当发电机组安装在室内时，环境温度是指发电机在额定状态下运行的发电机室内温度，它和发电机室的进风及排风设计有密切关系。如果进风口、出风口面积过小，或排气管太长、弯头多，管径不够大，都会造成发电机出力显著下降。本文给出环境条件对柴油发电机组功率影响的基本计算公式，说明公式中各项参数的物理意义与取值方法，列出相对湿度50%和相对湿度100%两种条件下不同海拔、不同温度对应的功率修正系数，并分析连续运行功率的确定方法及实际选型核算步骤，为高原、高温及高湿度地区的机组选型与机房设计提供参考依据。

 

一、环境条件对功率影响的基本计算

 

1. 功率计算的基本公式

（1）额定功率的计算表达式

环境条件对柴油发电机组功率（容量）的影响可按下式计算：

$${\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">P</span>}}_{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">e</span>}}<span\; style="font-size:\; 14px;">=</span>\frac{{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">p</span>}}_{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">G</span>}\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">e</span>}}<span\; style="font-size:\; 14px;">-</span>{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">P</span>}}_{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">p</span>}}}{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">\eta </span>}}<span\; style="font-size:\; 14px;">\cdot </span>{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">K</span>}}_{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">1</span>}}<span\; style="font-size:\; 14px;">\cdot </span>{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">K</span>}}_{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">2</span>}}$$​

式中， ${\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">P</span>}}_{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">e</span>}}$——柴油发电机组的额定（计算）功率，kW；

${\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">p</span>}}_{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">G</span>}\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">e</span>}}$​——发电机的额定功率，kW；

${\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">P</span>}}_{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">p</span>}}$——柴油发电机风扇、联轴器等消耗的功率，kW；

$\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">\eta </span>}$——发电机的效率；

${\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">K</span>}}_{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">1</span>}}$​——柴油发电机功率修正系数，在12h以内工作时，取 ${\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">K</span>}}_{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">1</span>}}<span\; style="font-size:\; 14px;">=</span>\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">1</span>}$，长期运行时，取 ${\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">K</span>}}_{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">1</span>}}<span\; style="font-size:\; 14px;">=</span>\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">0.9<span\; style="font-family:\; Arial,\; Verdana,\; sans-serif;">；</span></span>}$

${\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">K</span>}}_{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">2</span>}}$​——柴油发电机组环境修正系数，见表1和表2。

（2）公式中各参数的物理意义

从公式可以看出，发电机组的实际输出功率受三个层面因素制约：一是发电机本身的额定功率与效率，二是柴油机附件消耗的功率，三是使用环境带来的修正系数。前两者属于设备固有属性，后者则随安装地点和使用条件变化，是选型时需要重点核算的部分。

（3）分子项的构成与含义

公式中 ${\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">p</span>}}_{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">G</span>}\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">e</span>}}<span\; style="font-size:\; 14px;">-</span>{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">P</span>}}_{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">p</span>}}$表示发电机额定功率扣除柴油机风扇、联轴器等附件消耗功率后的净输出。柴油机在驱动发电机的同时，还需带动冷却风扇、充电发电机等附件，这些附件消耗的功率不能用于对外供电，因此必须从总功率中扣除。忽略这一项，会导致对实际可用功率的高估。

（4）效率项的引入原因

除以 $\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">\eta </span>}$是因为发电机的额定功率指电输出功率，而柴油机输出的是机械功率，两者之间存在转换损失。效率越低，为达到同样的电输出功率，柴油机需要输出的机械功率就越大。这一项在选型时用于反推柴油机应具备的功率水平。

（5）修正系数 ${\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">K</span>}}_{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">1</span>}}$的取值

修正系数 ${\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">K</span>}}_{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">1</span>}}$反映运行时间的差别。在12h以内工作时，取 ${\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">K</span>}}_{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">1</span>}}<span\; style="font-size:\; 14px;">=</span>\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">1<span\; style="font-family:\; Arial,\; Verdana,\; sans-serif;">，即按标定条件计算；长期运行时，取 </span></span>}$${\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">K</span>}}_{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">1</span>}}<span\; style="font-size:\; 14px;">=</span>\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">0.9<span\; style="font-family:\; Arial,\; Verdana,\; sans-serif;">，即允许的持续输出功率应打九折。这一取值的依据是机组长期运行时的热平衡限制，避免因持续满载导致过热。</span></span>}$

（6）修正系数 ${\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">K</span>}}_{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">2</span>}}$的取值

修正系数 ${\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">K</span>}}_{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">2</span>}}$反映环境条件的影响，需根据安装地点的海拔高度、环境温度和相对湿度查表确定。它是选型计算中变化幅度最大的一项，在高原高温环境下可能低至0.5以下，对最终选型结果影响显著。

（7）长期运行的功率折算

当超过12h的长期运行时，考虑柴油发电机组要过载发热，功率按下式计算：

$${\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">P</span>}}_{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">e</span>}}^{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">\prime </span>}}<span\; style="font-size:\; 14px;">=</span>\frac{{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">P</span>}}_{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">e</span>}}}{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">0.9</span>}}$$​​

式中 ${\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">P</span>}}_{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">e</span>}}^{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">\prime </span>}}$——长期运行的发电机功率，kW。这一折算说明，机组若需长时间连续运行，实际可用功率应低于短时运行时的计算值，以避免长期过热导致绝缘老化或部件损坏。

（8）公式使用中的常见误区

实际核算中常见的误区有三个：一是直接按标称功率配置负载，忽略 ${\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">K</span>}}_{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">2</span>}}$折减；二是把短时运行功率当作长期运行功率使用，忽略 ${\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">K</span>}}_{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">1</span>}}$的差别；三是只计算设备额定功率之和，未考虑电动机启动电流和同时使用系数。避免这些误区，才能使选型结果与实际需求相符。

2. 环境修正系数K2的含义

（1）K2的物理意义

环境修正系数 ${\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">K</span>}}_{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">2</span>}}$ 反映的是海拔高度和环境温度共同作用后，机组实际输出能力的折减程度。海拔升高导致大气压力下降，空气中氧含量减少，柴油机燃烧所需氧气不足，燃烧效率下降；环境温度升高则使进气密度降低，同样造成燃烧恶化，同时冷却系统散热能力下降。

（2）海拔影响的机理

随着海拔升高，大气压力降低，空气密度减小。柴油机每循环吸入的空气量按质量计算减少，而喷油量若不变，空燃比下降，燃烧不完全，排温升高，功率下降。同时，涡轮增压器的压比和流量特性也随海拔变化，进一步影响进气量。

（3）温度影响的机理

环境温度升高使空气密度降低，同样导致每循环进气质量减少。此外，高温环境下冷却水与空气的温差减小，散热器散热能力下降，机组更容易达到热平衡上限，从而限制持续输出能力。

（4）湿度影响的机理

空气相对湿度升高，意味着空气中水蒸气分压增大，氧分压相对降低。水蒸气进入气缸后会吸收部分热量，降低燃烧温度，同时占据一定的气缸容积，减少氧气吸入量。因此高湿度环境会进一步加剧功率折减。

（5）K2与相对湿度的关系

表1和表2分别给出相对湿度50%和相对湿度100%条件下的修正系数。比较两表可以看出，相同海拔和温度下，湿度越高，修正系数越小，说明高湿度环境会进一步降低机组的输出能力。

（6）K2表的插值使用

当实际海拔、温度介于表中数值之间时，可采用线性插值法估算修正系数。例如海拔1200m、温度35℃，可在海拔1000m与1500m、温度30℃与35℃之间分别插值后取平均，得到近似值。对于精度要求较高的选型，宜按偏保守一侧取值。

 

图1  典型柴油发电机房工作环境动态图

 

二、环境条件变化时的功率修正系数

 

1. 相对湿度50%条件下的修正系数

表1  柴油发电机当环境条件变化时的功率修正系数（相对湿度50%）

 

（1）海拔对修正系数的影响

从表1可以看出，在同一温度下，随着海拔升高，修正系数逐渐减小。以20℃为例，海拔0m时修正系数为1.00，海拔1000m时降至0.87，海拔2000m时降至0.74，海拔4000m时降至0.53。这说明海拔对功率的影响十分显著，高原地区选用发电机组时必须进行功率修正。

（2）温度对修正系数的影响

在同一海拔下，随着温度升高，修正系数也呈下降趋势。以海拔1000m为例，20℃时修正系数为0.87，30℃时降至0.83，40℃时降至0.79，45℃时降至0.77。温度每升高10℃，修正系数大约下降0.04～0.08。

（3）海拔与温度的叠加效应

海拔与温度的影响具有叠加性。在海拔4000m、温度45℃的极端条件下，修正系数仅为0.46，意味着机组实际可用功率不到标定功率的一半。因此，在高原高温地区选型时，不能仅按标定功率配置，而应按修正后的功率核算。

2. 相对湿度100%条件下的修正系数

表2  柴油发电机当环境条件变化时的功率修正系数（相对湿度100%）

 

（1）湿度对修正系数的进一步折减

对比表1与表2可见，在相同海拔和温度下，相对湿度100%时的修正系数普遍低于相对湿度50%时的数值。以海拔0m、20℃为例，湿度50%时为1.00，湿度100%时为0.99；在海拔2000m、40℃时，湿度50%时为0.68，湿度100%时为0.63。这说明高湿度环境会加剧功率折减。

（2）高湿度环境的选型提示

在沿海、沿江或雨季较长的地区，空气相对湿度常接近饱和，选型时应按湿度100%一栏的修正系数进行核算，避免按低湿度条件配置导致机组长期过载。

 

三、连续运行功率的确定与实际选型核算

 

1. 连续运行功率的定义

（1）额定工作条件的含义

发电机组连续运行功率指发电机在额定工作条件下，可以在此输出功率下长期运行而不过热。所谓额定工作条件，通常指海拔1000m和环境温度为40℃的工作条件。

（2）超出额定条件时的容量折减

当海拔每超过额定值500m时，容量要相应降低3%～5%，当环境温度每超过额定值5℃时，容量要相应降低1%～2.5%，具体数字随制造厂不同而有所不同。

（3）折减规律与修正系数表的关系

这一经验折减规律与表1、表2的修正系数在趋势上一致：海拔越高、温度越高，可用容量越低。实际选型时，既可直接查表获得修正系数，也可按经验折减比例进行估算，两者可相互校核。

2. 实际选型核算示例

（1）核算步骤

实际选型核算通常按以下步骤进行：第一步，确认安装地点的海拔高度、环境温度和相对湿度；第二步，根据表1或表2查取修正系数 ${\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">K</span>}}_{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">2</span>}}$；第三步，结合机组是短时运行还是长期运行确定 ${\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">K</span>}}_{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">1</span>}}$​；第四步，按公式计算实际可用功率，并与负载需求比较。

（2）核算要点

核算时应注意三点：一是负载需求应按最大同时使用负载计算，而非各设备额定功率简单相加；二是应考虑电动机类负载启动时的瞬时电流冲击；三是若机组长期运行，应按 ${\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">K</span>}}_{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">1</span>}}<span\; style="font-size:\; 14px;">=</span>\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">0.9</span>}$折算，并进一步按 ${\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">P</span>}}_{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">e</span>}}^{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">\prime </span>}}<span\; style="font-size:\; 14px;">=</span>{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">P</span>}}_{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">e</span>}}\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">/</span>}\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">0.9</span>}$校核。

（3）选型偏小的后果

若选型时未充分考虑海拔与温度的修正，机组在高原或高温环境下长期运行，可能出现输出功率不足、转速下降、排温升高、冒黑烟等现象，严重时导致机组过载停机，影响供电连续性。

3. 机房通风散热与环境温度的关联

（1）机房温度对修正系数的影响

当发电机组安装在室内时，环境温度是指发电机在额定状态下运行的发电机室内温度，它和发电机室的进风及排风设计有密切关系。如果进风口、出风口面积过小，或排气管太长、弯头多，管径不够大，都会造成发电机出力显著下降。

（2）机房设计对功率发挥的保障作用

机房通风设计的核心是保证有足够的冷空气进入、热空气排出，使机房内温度接近室外环境温度。若机房散热不良，即使室外温度不高，机房内温度也可能显著高于额定条件，从而在修正系数上产生额外折减。

（3）环境修正与机房设计的配合

因此，在高原或高温地区选型时，除按海拔和温度查取 ${\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">K</span>}}_{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 14px;">2</span>}}$外，还应结合机房通风散热条件综合判断。必要时可通过加大进排风口面积、缩短排气管路、优化气流组织等方式，降低机房内实际温度，减少功率折减。

总结

本文围绕海拔高度与环境温度对柴油发电机组输出功率的影响展开分析，给出了功率计算的基本公式、不同湿度条件下的环境修正系数表，以及连续运行功率的确定方法。其意义在于：发电机组选型不能仅看标称功率，而应按安装地点的海拔、温度和湿度条件进行修正核算，同时结合机房通风散热设计，确保机组在实际使用条件下能够稳定输出、长期可靠运行，避免因功率不足导致过载停机或设备损坏。

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