機(jī)房設(shè)計(jì)與設(shè)備安裝

人民防空工程的柴油發(fā)電機(jī)房通風(fēng)設(shè)計(jì)

 

柴油發(fā)電機(jī)要正常運(yùn)行必須要有適宜的溫濕度環(huán)境，否將影響發(fā)電機(jī)組的發(fā)電效率，電站的通風(fēng)降溫系統(tǒng)就是為柴油發(fā)電機(jī)提供適宜的空氣環(huán)境而設(shè)置，是保障電站正常運(yùn)的必要設(shè)施。結(jié)合實(shí)際工程設(shè)計(jì)中遇到的問題，本文就柴油發(fā)電機(jī)房（風(fēng)冷）的通風(fēng)設(shè)計(jì)思路及方法作以闡述。

 

一、前言

 

人民防空工程是戰(zhàn)時(shí)掩蔽人員、物資，以及保護(hù)人民生命財(cái)產(chǎn)安全的重要場所，也是實(shí)施人民防空最重要的物質(zhì)基礎(chǔ)，在現(xiàn)代戰(zhàn)爭條件下，核、生、化和常規(guī)武器對(duì)工程的毀傷已成為防護(hù)重點(diǎn)。由于戰(zhàn)時(shí)外部電力供應(yīng)很容易遭到敵人破壞，因此要求人防重點(diǎn)工程設(shè)置備電源一一一柴油發(fā)電站，現(xiàn)行規(guī)范《人民防空地下室設(shè)計(jì)規(guī)范》CB，38一2m5（以下簡稱規(guī)范）第7．7．2條中有詳細(xì)規(guī)定。電站設(shè)置的目的就是當(dāng)外電源遭到破壞后依靠內(nèi)部的電源保障工程內(nèi)部動(dòng)力、照明、通訊等設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

 

柴油發(fā)電機(jī)要正常運(yùn)行必須要有適宜的溫濕度環(huán)境。否則將影響發(fā)電機(jī)組的發(fā)電效率，規(guī)范中對(duì)柴油發(fā)電機(jī)房的濕度要求為：當(dāng)人員直接操作設(shè)備時(shí)，機(jī)房內(nèi)溫度不大于35攝氏度，當(dāng)人員隔室操作時(shí)溫度不大于攝氏度，電站控制室溫度不大于30攝氏度，相對(duì)濕度不大于75％。電站的通風(fēng)降溫系統(tǒng)是為柴油發(fā)電機(jī)提供適宜的空氣環(huán)境而設(shè)置，是保障電站正常運(yùn)轉(zhuǎn)的必要設(shè)施。

 

戰(zhàn)時(shí)清潔通風(fēng)時(shí)，柴油發(fā)電機(jī)房的進(jìn)排風(fēng)量的計(jì)算規(guī)范中第5 7．2條有明確的規(guī)定：當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)房采用空氣冷卻時(shí)（即風(fēng)冷），按除柴油發(fā)電機(jī)房內(nèi)余熱量計(jì)算進(jìn)風(fēng)量；當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)房采用水冷卻時(shí)（即水冷），按排除柴油發(fā)電機(jī)房內(nèi)有害氣體所需的通風(fēng)量經(jīng)計(jì)算確定。結(jié)合實(shí)際工程設(shè)計(jì)中遭到的問題，本文就柴油發(fā)電機(jī)房（風(fēng)冷）的通風(fēng)設(shè)計(jì)思路及方法作以述。

 

柴發(fā)機(jī)房進(jìn)通風(fēng)設(shè)計(jì)圖

 

 

二、案例簡介

 

以深圳某小區(qū)的人防地下室為例，平戰(zhàn)結(jié)合，戰(zhàn)時(shí)為核六級(jí)、常六級(jí)二等人員掩蔽所，平時(shí)為地下車庫，停車，12輛屬于三類地下車庫。本工程人防建筑面積：4355平方米，建筑層高4.5米，根據(jù)建筑專業(yè)的分隔，戰(zhàn)時(shí)人防劃為三個(gè)防護(hù)單元，每個(gè)防護(hù)單元的有效人員掩蔽面積和掩人員數(shù)量分別為：第一單元1567平方米、1567人；第二單元1574平方米、1320人，第三單元1214平方米、1214人。

 

在第一防護(hù)單元中設(shè)有移動(dòng)式電站，該電站中有容量為100Kw的移動(dòng)式發(fā)電機(jī)一臺(tái)，作為戰(zhàn)時(shí)的備用電源，發(fā)電機(jī)組參數(shù)如下：

（1）額定功率100Kw；

（2）燃燒空氣量396立方米/小時(shí)；

（3）柴油機(jī)機(jī)頭風(fēng)扇轉(zhuǎn)速2200r/Min；

（4）排風(fēng)量為11628立方米/小時(shí)；

（5）排煙管道保溫材料采用礦渣棉管殼，保溫厚度60毫米。

 

三、 柴發(fā)機(jī)房余熱量計(jì)算

 

1、機(jī)房余熱量的計(jì)算

 

要確定柴油發(fā)電機(jī)房（風(fēng)冷）余熱量的計(jì)算算范圍，不妨先了解一下柴油機(jī)內(nèi)部循環(huán)的原理：

柴油機(jī)的內(nèi)部水循環(huán)大致可分為三類：閉式水循環(huán)、開式水循環(huán)和混合水循環(huán)。其中閉式水循環(huán)又可分為閉式風(fēng)冷和閉式水冷，所渭的閉式風(fēng)冷是指柴油機(jī)冷卻水在柴油機(jī)前部的表面式空氣—水換熱器和柴油機(jī)內(nèi)部的冷卻系統(tǒng)組成的封閉管路內(nèi)循環(huán)，散熱器與柴油機(jī)組成一個(gè)整體，如下圖所示：

        閉水式循環(huán)冷卻原理圖（風(fēng)冷）

 

規(guī)范第5.7.4條規(guī)定：柴油發(fā)電機(jī)房內(nèi)的余熱量應(yīng)包括柴油機(jī)、發(fā)電機(jī)和排煙管道的散熱，即Qyu=（Q1+Q2）β+Q3,筆者認(rèn)為這種說法是不嚴(yán)密的，因?yàn)楫?dāng)柴油機(jī)為閉式水循環(huán)（風(fēng)冷）時(shí)，如果空氣一水換熱器排出的熱量直接進(jìn)入機(jī)房內(nèi)的空氣中，則此部分冷卻排熱量Q4也應(yīng)計(jì)入到機(jī)房的余熱量中，即Qyu=（Q1+Q2）β+Q3+Q4，因?yàn)槔鋮s排熱量值較大，一般為Q1+Q2的3. 5倍左右，設(shè)計(jì)中需對(duì)這部分熱量采取有效的方法進(jìn)行控制和排除。

 

2、柴油機(jī)散熱量Q1

 

● 計(jì)算公式

規(guī)范中沒有列出Q1的計(jì)算公式，《全國民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施一防空地下室》（以下簡稱措施）第4.3.5條和《防空地下室設(shè)計(jì)手冊一暖通、給水排水、電氣分冊》（以下簡稱手冊）第2頁公式6一6是統(tǒng)一的，公式如下：

Q1=1.5×10-4×n1×q×Ne×B（Kw）........................公式（1）

其中Q1一柴油機(jī)發(fā)熱量，Kw；

n1一柴油機(jī)工作時(shí)散向周圍空氣的熱量系數(shù)（％）；

q一柴油機(jī)燃料熱值，可取41.87Mj/Kg,

Ne一柴油機(jī)的額定功率（Kw）；

B一一柴油機(jī)的耗油率（Kg/Kwh)；

經(jīng)過量綱分析和公式的驗(yàn)證可知，用公式（1)計(jì)算得出的Q1非常小，與手冊上表6一6查得的值13Kw差別很大，明顯是不合理的。再根據(jù)《人民防空工程通風(fēng)空調(diào)設(shè)計(jì)》一書中給出公式如下：

Q1=0．278×Ne×B×q×n1 ........................公式（2）

● 公式（2）的應(yīng)用

本工程的移動(dòng)式柴油發(fā)電機(jī)組為100Kw.

Q1=0．278×Ne×B×q×n1 =0 278×100×0.23 x41.87×4％=10.7Kw

可見與查手冊表6一6所得的值13Kw比較接近。

 

3、發(fā)電機(jī)的散熱量Q2

 

● 計(jì)算公式

根據(jù)《人民防空工程通風(fēng)空調(diào)設(shè)計(jì)》給出的公式（3）

 

 

其中Q2一一一發(fā)電機(jī)發(fā)熱量，Kw；

p一一發(fā)電機(jī)的額定功率（Kw）；

n2一一發(fā)電機(jī)的效率（％），通常為80％～94％，可查樣本取值；

● 公式（3）的應(yīng)用

查樣本得知：當(dāng)Ne=I00Kw時(shí),P=84Kw,n2取90％，代入公式得9.3KW，所以Q1+Q2=10.7+9.3=20.03Kw

 

4、對(duì)Q1+Q2的修正

 

當(dāng)柴油機(jī)工作地點(diǎn)的大氣壓不是標(biāo)準(zhǔn)大氣壓或相對(duì)濕度大、溫度高時(shí)，柴油機(jī)的輸出功率會(huì)發(fā)生變化，需對(duì)其輸出功率進(jìn)行修正，修正系數(shù)β可查表得出。

本工程位于青島，海拔76米，查表可知，當(dāng)溫度為25攝氏度，大氣壓力760mmHg，相對(duì)濕度80％時(shí)，取值0.968，所以柴油機(jī)組修正后的發(fā)熱量為：

查手冊表6一6，Q1+Q2=22.4Kw可見與公式計(jì)算得到的值比較接近。

 

5、排煙管散熱量Q3

 

● 計(jì)算公式

 

L_j = max { ( L_c+L_y+L_k ) L_j }........................公式（4）

其中qc一保溫排煙管單位長度散熱量(Kw/m);

D一排煙管道保溫外徑（m），

d一排煙管道外徑（m)；

y一保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)(W/m℃）；

a一保溫管道外表面向周圍空氣的放熱系數(shù)[W/m2℃]，一般a=11.63{W//m2℃}

ty一排煙管外壁面溫度（℃），一般取300～400℃；

tn一排煙管道周圍空氣溫度（℃），一般取35～40℃

排煙管道的散熱量為：

    

保溫排煙管在機(jī)房內(nèi)架空敷設(shè)的長度（m）

 

● 公式（4）的應(yīng)用

本工程排煙管道直徑為150mm,長度9m，采用礦棉制品保溫，保溫層厚度為60mm，機(jī)房設(shè)計(jì)溫度35℃，排煙管外壁面溫度取400℃，qc=0 196Kw/(mh)，都代入公式得：

 

 

6、廢熱水熱量計(jì)算

 

柴油發(fā)電機(jī)房余熱量計(jì)算一節(jié)中，余熱量還包括柴油機(jī)的廢熱水熱量，而此項(xiàng)在規(guī)范和技術(shù)措施中均未提及，那么這一項(xiàng)究竟有多大，又是否該計(jì)入呢？

手冊中關(guān)于廢熱水熱量的計(jì)算公式如下：

其中Qf一柴油機(jī)廢熱水熱量(Kw),

£一柴油機(jī)氣缸冷卻水含熱量占燃料發(fā)熱量的百分比，柴油機(jī)滿負(fù)荷時(shí)，一般£=25～30％，一般取30％；

KB一一考慮散熱損失的安全系數(shù)，一般取0. 85；經(jīng)過量綱分析和公式驗(yàn)證可知，公式的量綱有誤，公式中漏了柴油機(jī)的耗油率指標(biāo)B，于是公式變?yōu)椋?/span>

將本工程的數(shù)據(jù)代入（1.6）得出的值很小，可忽略不計(jì)。

 

 

7、柴油機(jī)冷卻排熱量

 

● 計(jì)算公式

根據(jù)《人民防空工程通風(fēng)空調(diào)設(shè)計(jì)》，柴油機(jī)冷卻排熱量公式為：

其中Q 4一柴油機(jī)冷卻排熱量(KW);

n一柴油機(jī)氣缸冷卻水帶走的熱量占燃料發(fā)熱量的比例，一般取30％；

KB一考慮散熱損失的安全系數(shù)，一般取0 .85；

 

● 公式（7）的應(yīng)用

將本工程的數(shù)據(jù)代入上式可得：

可見此值還是很大的，設(shè)計(jì)中必須采取有效的方法進(jìn)行控制和排除，在本工程設(shè)計(jì)中，將專設(shè)風(fēng)管接到了柴油機(jī)空氣一水散熱器上，用以排除此部分熱量。原理圖如下：

 

 

 

機(jī)房內(nèi)的平面布置圖如下：

 

8、機(jī)房（風(fēng)冷）余熱量總和

 

當(dāng)柴油機(jī)的冷卻排熱量直接排到機(jī)房內(nèi)時(shí)，

此值很大，排除該熱量所需的進(jìn)風(fēng)量也很大，所以筆者建議將柴油機(jī)冷卻排熱量通過專用風(fēng)管直接排到室外，如此，柴油發(fā)電機(jī)房的余熱量將大大減少，變?yōu)椋?/span>

 

 

四、柴發(fā)機(jī)房進(jìn)風(fēng)量計(jì)算

 

1、按照消除余熱計(jì)算電站進(jìn)風(fēng)量公式為：

Cp一一空氣的定壓比熱，取1.01KJ/（kg℃）；

p一一空氣的密度kg/m3;

就本工程而言，按照公式(1.10）計(jì)算進(jìn)風(fēng)量為：

 

 

2、因?yàn)楸竟こ滩裼蜋C(jī)采用的為閉式風(fēng)冷循環(huán)，散熱器排出的熱風(fēng)直接從專用風(fēng)道排出工程外，根據(jù)風(fēng)量平衡原理，其進(jìn)風(fēng)量公式為：

其中Lj一按2.1節(jié)公式計(jì)算得出的進(jìn)風(fēng)量，m3/h；

Le一通過柴油機(jī)空氣一水散熱器的排風(fēng)量（m3/h)，查樣本；

Ly一柴油機(jī)燃燒空氣量（m3/h），查樣本；

Lk一一油庫排風(fēng)量（m3/h），按K≧5次/h換氣計(jì)算；

Le查樣本得知風(fēng)扇轉(zhuǎn)速為2200r/min，風(fēng)量為11628m3/h；燃燒空氣量查樣本得知

為396m3/h；油庫通風(fēng)量為Lk=12.91×4.5×6=348.6m3/h，將各數(shù)據(jù)代入上式得：

 

五、柴發(fā)機(jī)房（風(fēng)冷）排風(fēng)量計(jì)算

 

計(jì)算公式

因?yàn)椴裼桶l(fā)電機(jī)站是產(chǎn)生有害氣體的房間，機(jī)房內(nèi)應(yīng)呈微負(fù)壓，實(shí)際排風(fēng)量應(yīng)比計(jì)算排風(fēng)量稍大，故一般Lp應(yīng)附加10%的裕量

 

 

本工程的計(jì)算排風(fēng)量為:

 

柴油發(fā)電機(jī)散熱正確方向圖示

 

六、小結(jié)

 

若為固定式電站，設(shè)計(jì)時(shí)可考慮由建筑專業(yè)為柴油機(jī)冷卻排熱量專門設(shè)置風(fēng)道，將此部分熱量排出室外，若為移動(dòng)式電站，可考慮將密閉排風(fēng)罩接到柴油機(jī)的空氣一水換熱器上，再由專用風(fēng)管將此部分熱排出室外。總之，此部分熱量還是要排到室外去的，因?yàn)槿糁迸诺绞覂?nèi)，余熱量及計(jì)算進(jìn)風(fēng)量將大大增加，不合理也不經(jīng)濟(jì)。

 

 

 

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